Informație

5.3.1: Dinoflagelate - Biologie


obiective de invatare

  • Explorează câteva dintre rolurile ecologice ale dinoflagelatelor.
  • Descrieți simbioza dintre corali și zooxanteli.
  • Explicați ce se întâmplă într-o maree roșie.

În prezent există în jur de 2.000 de specii de dinoflagelate. Sunt unicelular, deși dinoflagelații prezintă o diversitate morfologică extinsă și pot fi fotosintetice, heterotrofe sau mixotrofe. În dinoflagelații fotosintetici, majoritatea folosesc pigmenții clorofili a și c. Multe dinoflagelate sunt înglobate în plăci de celuloză interconectate. Două flagele perpendiculare se încadrează în canelurile dintre plăcile de celuloză, cu un flagel care se extinde longitudinal și un al doilea înconjoară dinoflagelatul (Figura ( PageIndex {1} )). Împreună, flagelele contribuie la mișcarea caracteristică de rotire a dinoflagelatelor. Interesant este faptul că dinoflagelații au o structură nucleică unică, în care cromozomii sunt atașați de membrana nucleară. Acest lucru nu se găsește în alte eucariote și, prin urmare, și-a primit propriul nume: a dinokaryon.

Acești protiști există în habitate marine de apă dulce și marine și fac parte din plancton, organismele tipic microscopice care se deplasează prin apă și servesc drept sursă crucială de hrană pentru organismele acvatice mai mari. Unele dinoflagelate generează lumină, numită bioluminescență, atunci când sunt deranjați sau stresați. Un număr mare de dinoflagelate marine (miliarde sau trilioane de celule pe undă) pot emite lumină și pot face ca o întreagă undă de rupere să sclipească sau să capete o culoare albastră strălucitoare (Figura ( PageIndex {2} )). Pentru aproximativ 20 de specii de dinoflagelate marine, exploziile populației (numite și flori) în lunile de vară pot nuanța oceanul cu o culoare roșie noroioasă. Acest fenomen se numește a mareea roșie datorită abundenților pigmenți roșii prezenți în plastidele dinoflagelate. În cantități mari, aceste specii dinoflagelate secretă o toxină asfixiantă care poate ucide pești, păsări și mamifere marine. Mareele roșii pot fi în mare măsură dăunătoare pescuitului comercial, iar oamenii care consumă acești protiști pot deveni otrăviți.

Ca plancton, dinoflagelații sunt surse esențiale de nutriție pentru multe alte organisme. În unele cazuri, acestea sunt consumate direct. Alții servesc ca producători de nutriție într-un mod mai indirect. De exemplu, dinoflagelate fotosintetice numite zooxanteli folosiți lumina soarelui pentru a fixa carbonul anorganic. În această relație simbiotică, acești protiști furnizează substanțe nutritive pentru polipii corali (Figura ( PageIndex {3} )) care îi adăpostesc, oferind coralilor un impuls de energie pentru a secreta un schelet de carbonat de calciu. La rândul lor, coralii oferă protistului un mediu protejat și compușii necesari pentru fotosinteză. Acest tip de relație simbiotică este important în mediile sărace în nutrienți. Fără simbionți dinoflagelați, coralii pierd pigmenți algali într-un proces numit albire a coralilor și, în cele din urmă, mor. Acest lucru explică de ce coralii care construiesc recife nu locuiesc în ape mai adânci de 20 de metri: lumină insuficientă atinge acele adâncimi pentru ca dinoflagelații să poată fotosinteza.

Rezumat

Dinoflagelatele sunt un grup de organisme acvatice diverse din punct de vedere morfologic și nutrițional, de la zooxantele care trăiesc în polipii de corali până la microbii care eliberează toxine care provoacă maree roșii. Au roluri esențiale în rețelele alimentare marine. Sunt de obicei unicelulare, cu plăci de celuloză și doi flageli.


Dinoflagelat

Editorii noștri vor examina ceea ce ați trimis și vor stabili dacă să revizuiți articolul.

Dinoflagelat, (divizia Dinoflagellata), oricare dintre numeroasele organisme acvatice unicelulare care poartă doi flageli diferiți și care au caracteristici atât ale plantelor, cât și ale animalelor. Majoritatea sunt marine, deși unele trăiesc în habitate de apă dulce. Grupul este o componentă importantă a fitoplanctonului în toate mările, cu excepția mării mai reci, și este o verigă importantă în lanțul alimentar. Dinoflagelatele produc, de asemenea, o parte din bioluminescența uneori observată în mare. În anumite condiții, mai multe specii se pot reproduce rapid pentru a forma flori de apă sau maree roșii care decolorează apa și pot otrăvi peștii și alte animale. Unele dinoflagelate produc toxine care sunt printre cele mai otrăvitoare cunoscute.

Taxonomia grupului este controversată. Din punct de vedere istoric, botanicii le-au plasat în divizia algelor Pyrrophyta sau Pyrrophycophyta, iar zoologii le-au revendicat ca membri ai ordinului protozoar Dinoflagellida. Deși sunt adesea considerate a fi alge din divizia Dinoflagellata, această plasare este controversată deoarece aceste organisme au nuclei unici și genomi semnificativ mai mari decât alte alge eucariote.

Dinoflagelatele au dimensiuni cuprinse între 5 și 2.000 micrometri (0.0002 - 0.08 inch). Majoritatea sunt microscopice, dar unele formează colonii vizibile. Nutriția dintre dinoflagelați este autotrofă, heterotrofă sau mixtă, unele specii sunt parazite sau comensale. Aproximativ jumătate din specii sunt fotosintetice chiar și dintre acestea, cu toate acestea, multe sunt și prădătoare. Deși procesele sexuale au fost demonstrate în câteva genuri, reproducerea este în mare parte prin fisiune binară sau multiplă. În condiții favorabile, populațiile dinoflagelate pot ajunge la 60 de milioane de organisme pe litru de apă.

Celula dinoflagelată este bandată de o canelură mediană sau înfășurată, inelul, care conține un flagel. O canelură longitudinală, sulcusul, se extinde de la inel posterior la punctul în care este atașat un al doilea flagel. Nucleii dinoflagelaților sunt mai mari decât cei ai altor eucariote. Așa-numitele dinoflagelați blindate sunt acoperite cu plăci de celuloză, care pot avea prelungiri lungi spinoase, unele specii lipsite de armură au o peliculă subțire (strat protector). Dinoflagelații fotosintetici au plastide gălbui sau maroniu (corpuri care conțin pigmenți) și pot depozita alimente sub formă de amidon, compuși asemănători amidonului sau uleiuri.

Cel mai recent articol a fost revizuit și actualizat de Melissa Petruzzello, asistent editor.


Analiza Omics pentru cercetarea biologiei dinoflagelatelor

Dinoflagelatele sunt producători primari importanți pentru ecosistemele marine și sunt, de asemenea, responsabili de anumite componente esențiale din alimentele umane. Cu toate acestea, ele sunt, de asemenea, cunoscute pentru capacitatea lor de a forma flori dăunătoare de alge și de a provoca otrăvirea crustaceelor. Deși s-a dedicat multă muncă dinoflagelatelor în ultimele decenii, înțelegerea noastră la nivel molecular este încă limitată datorită unora dintre proprietățile lor biologice provocatoare, cum ar fi dimensiunea mare a genomului, cromozomii lichizi-cristalin condensați permanent și de 10 ori raport mai mic de proteine ​​la ADN decât alte specii eucariote. În ultimii ani, tehnologiile omice, cum ar fi genomica, transcriptomica, proteomica și metabolomica, au fost aplicate studiului dinoflagelatelor marine și au descoperit multe noi caracteristici fiziologice și metabolice ale dinoflagelaților. În acest articol, analizăm aplicarea recentă a tehnologiilor omice în dezvăluirea unora dintre caracteristicile neobișnuite ale genomilor dinoflagelate și mecanismelor moleculare relevante pentru biologia lor, inclusiv mecanismul formațiunilor dăunătoare de înflorire a algelor, biosinteza toxinei, simbioza, biosinteza lipidelor, precum și speciile identificare și evoluție. De asemenea, discutăm provocările și oferim direcții și aplicații prospective de studiu dinoflagelate.

Cuvinte cheie: dinoflagelate genomică dăunătoare înfloriri algale biosinteză lipidică metabolomică proteomică simbioză toxină transcriptomică.

Declarație privind conflictul de interese

Autorii nu declară niciun conflict de interese.

Cifre

Aplicarea tehnologiilor omics pentru ...

Aplicarea tehnologiilor omice pentru cercetarea biologiei dinoflagelatelor.

Căi metabolice majore în F. ...

Căi metabolice majore în F. kawagutii . Căi complete pentru tricarboxilic mitocondrial ...

Căi metabolice în C .…

Căi metabolice în C . cohnii . Căi asociate cu glucide centrale, grase ...


Bioluminiscență în dinoflagelați

Bioluminiscență
Bioluminiscența este un fenomen în care un organism produce și emite lumină. Această abilitate poate fi văzută într-o gamă largă de organisme disparate, cel mai frecvent exemplu fiind licuriciul. Accentul nostru este pus pe comportamentul bioluminiscent al dinoflagelatelor. Dinoflagelatele sunt uneori numite „ldquoPyrrhophyta”, „însemnând„ plante lsquire și rsquo din cauza unor specii și capacitatea rsquo de a produce lumină chimic (5).

Speciile dinoflagelate sunt diverse din punct de vedere morfologic și vin într-un sortiment de forme complexe, inclusiv diferite organite complicate. Un astfel de organet complex se numește a scintillon, găsit în 18 genuri de Dinoflagelate și este esențial pentru reacția care provoacă emisiile de lumină. Reacția are loc atunci când substratul luciferin este descompus (oxidat) de enzimă luciferază. Emisia de lumină dintr-o celulă individuală este destul de scurtă (aproximativ 0,1 sec.), Iar lumina este produsă de obicei prin întreruperi mecanice, cum ar fi prăbușirea valurilor pe un țărm (6). Bioluminiscența marină este înțeleasă ca fiind produsă în principal de dinoflagelați. Acest fenomen este adesea caracterizat prin afișări fantastice de valuri albastre strălucitoare care se prăbușesc pe nisip.

imagine de curtoazie: Dennis Kunkel, "Dinoflagelate marine" (13)

În timp ce mecanismul de producere a luminii în dinoflagelate este destul de bine înțeles, există multe întrebări de durată legate de descendențele evolutive ale organismelor, amploarea diversității lor în mediile acvatice și valoarea adaptativă pentru comportamentul bioluminiscent prezent în mai multe specii de dinoflagelate.

Dinoflagelate
Dinoflagelatele sunt eucariote unicelulare care locuiesc într-o serie de medii acvatice. Majoritatea majorității dinoflagelatelor se găsesc în ecosistemele marine, în timp ce o serie de specii se găsesc și în sistemele de apă dulce. Aproximativ jumătate din specii sunt fotosintetice, iar cealaltă jumătate heterotrofă. În consecință, speciile dinoflagelate reprezintă o parte substanțială atât a populațiilor de fitoplancton cât și de zooplancton (6).

Dinoflagelatele sunt probabil cel mai proeminent cunoscute pentru provocarea mareelor ​​și a florilor algale expansive care, atunci când apar, pot fi devastatoare pentru viața acvatică marină din zonă. Densitatea populației acestor flori poate sări de peste 20 de milioane pe litru și de-a lungul coastei afectate (5). Cu toate acestea, dinoflagelații joacă un rol principal în regenerarea nutrienților în mediile marine fitoplanctonul autotrof sunt producători primari importanți și planctonul heterotrof și substanțele nutritive ldquorelease stocate în biomasă în timpul pășunatului organismelor microbiene și rdquo (1).

Imagine dreaptă: Dinoflagelat Pyrocystis, un dinoflagelat bioluminiscent cunoscut sub numele de scoică marină (15)
Imagine din stânga: Ceratium-dinoflagelate, proiecțiile mari ale celulelor servesc drept protecție împotriva prădătorilor (15)

Amabilitatea imaginii (pentru imagini de mai sus): Peter Parks & copie 2001, Dincolo de recif (15)

Comportamentul bioluminiscent din dinoflagelate va fi explorat prin intermediul lunetei Tinbergens Patru întrebări:

Imagine curtoazie: Site-ul cursului B342: Comportamentul animalelor al lui Suzy Renn (18)


Despre autor

Titularul unui doctorat în microbiologie de la Universitatea din Fribourg, Elveția, Hans-Peter Meyer a lucrat ca vicepreședinte de proiecte strategice de biotehnologie la Lonza până la pensionarea sa la începutul anului 2014. După trei ani de studii postdoctorale la Stockholm, la Universitatea din Pennsylvania, Philadelphia și la Universitatea Lehigh, Bethlehem, SUA, în 1982 s-a alăturat echipei prof. Armin Fiechter ca lider de grup la ETH din Zurich înainte de a începe la Lonza în Visp, Elveția în 1986, unde a deținut mai multe funcții în cercetare și dezvoltare, producție și Vanzari & Marketing. Recent s-a alăturat facultății Universității de Științe Aplicate și Arte din Elveția de Vest și rămâne, de asemenea, expert la Comisia pentru tehnologie și inovare (CTI) a Confederației Federale Elvețiene.

Diego R. Schmidhalter este șeful R&T în cadrul diviziei de fabricare personalizată farmaceutică și biotehnologică din Lonza Elveția. Este doctor în microbiologie la Universitatea din Fribourg, Elveția, și a efectuat doi ani de studii postdoctorale la Genencor International, California, SUA. El a ocupat diferite funcții de conducere la Lonza, inclusiv șef de producție microbiană, șef al companiei Biopharma R&D Services și ca șef al științei și tehnologiei fabricării microbiene, precum și membru al echipei de afaceri Biofarmaceutice. Dr. Schmidhalter are o experiență de peste 20 de ani în industria biotehnologiei în dezvoltarea și fabricarea de biofarmaceutice și produse biochimice, transferul de tehnologie, fermentații extinse până la scara de 50.000 litri și în mediul de reglementare legat de biofarmaceutice.


Mulțumiri

Mulțumim căpitanului și echipajului R / V Flyer Western, M Blum, F Chavez, V Jimenez, JT Pennington, JM Smith, S Sudek, J Swalwell, C Wahl și S Wilken, pentru asistență logistică înainte și în timpul croazierelor. Această lucrare a fost susținută de un grant de la Fundația Gordon și Betty Moore (GBMF3307) către PJK, TAR, AZW și AES. Secvențierea pentru L67-2 a fost efectuată printr-un grant al Programului de dezvoltare tehnologică JGI acordat TAR, AZW, PJK și AES. Timpul de expediere și metodele de sortare au fost susținute de un grant de la David și Lucile Packard Foundation prin MBARI și GBMF3788 către AZW. JdC a fost sprijinit de o subvenție Marie Curie International Outgoing Fellowship (FP7-PEOPLE-2012-IOF - 331450 CAARL), iar AK, NO, MK și JdC au fost susținute de o finanțare din partea Fundației Tula către Centrul pentru Biodiversitate și Evoluție Microbiană la UBC.


Rezumatul metodelor

ADN-ul a fost extras din culturi axenice stabilite din izolate monocelulare de Guillardia theta și Bigelowiella natans (Laboratorul Bigelow pentru Științe Oceanice). Trei biblioteci de dimensiuni diferite, fosmide de 3 kb, 8 kb și 34 kb, au fost generate și secvențiate la Joint Genome Institute (JGI) folosind secvențierea Sanger. Secvențierea suplimentară 454 a fost utilizată pentru a umple golurile și citirile de secvență au fost asamblate folosind o versiune modificată a lui Arachne. Modele genetice au fost generate și adnotate pentru schelele genomice rezultate utilizând conducta de modelare a genei JGI cu curare manuală suplimentară. Modelarea genică, adnotarea și analizele alternative de îmbinare au fost asistate de trei seturi de date ARN mesager: EST generate înainte de proiectele genomului, EST generate de JGI și date ARN-seq. Predicțiile proteinelor pentru plastidă, mitocondrie, reticul endoplasmatic sau Golgi și compartimentul periplastidial au fost generate folosind conducte bioinformatice independente. Arborii filogenetici cu probabilitate maximă au fost generați din secvențe de proteine ​​preluate dintr-o bază de date locală și pozițiile B. natans și G. theta proteinele au fost evaluate folosind o combinație de filtrare automată și curare manuală. Materialele și metodele complete sunt descrise în Informații suplimentare.


Cele mai comune două fitoplancton găsite în apa de mare sunt diatomeele și dinoflagelatele. Diatomeele au un perete celular care cuprinde silice, în timp ce dinoflagelații au un perete celular care cuprinde celuloză. Aceasta este diferența cheie între diatomee și dinoflagelați. În plus, o altă diferență între diatomee și dinoflagelați este că, deși diatomeele și dinoflagelații sunt capabili să fotosintezeze și să genereze oxigen, dinoflagelații pot produce neurotoxine și au capacitatea de bioluminescență, dar acest lucru nu este prezent în diatomee.

Infografia de mai jos prezintă o comparație cot la cot pentru a face mai clară diferența dintre diatomee și dinoflagelați.


Către realizarea utilizării durabile și a mediilor marine sănătoase într-un golf închis de tip deschis

2.5.4.3 Sursele alimentare ale consumatorilor din golf

În septembrie 2015, am colectat probe de macrobentos, bentos și sedimente din plaje și ape de mică adâncime din apropierea capului golfului și am efectuat analize de izotop stabil de carbon și azot (Fig. 2.17). Pentru POM suspendat în râuri și apă de mare, am evaluat măsurătorile lunare obținute pe parcursul unui an începând din iunie 2014. Rapoartele izotopului stabil de carbon și azot pentru toți taxonii investigați au fost apropiate de cele ale microalgelor bentice, sugerând că microalge au fost asimilate ca sursă primară de hrană . Rapoartele izotopice stabile la carbon și azot ale sedimentului OM ale marilor și apelor puțin adânci din apropierea capului golfului au fost similare cu cele ale POM derivate din râu. Pe baza acestor rezultate, credem că, deși OM alimentat de râu se acumulează în sedimente, asimilarea acestuia de către organismele bentice este limitată și multe organisme bentice se hrănesc selectiv cu microalge în sediment. Raporturile izotopice stabile la carbon și azot în țesuturile moi ale stridiilor cultivate prin metoda suspensiei în golf diferă în mod clar de cele ale organismelor bentice, iar gama raporturilor izotopice se suprapune peste cea a POM în suspensie. Pe baza acestor două observații, credem că POM suspendat este principala sursă de hrană pentru stridiile cultivate. Comparând raporturile lor izotopice stabile, este evident că contribuția POM-ului alimentat de râu ca sursă de hrană pentru stridiile cultivate este neglijabilă, dacă nu chiar zero.

Fig. 2.17. Rapoartele izotopice stabile de carbon și azot ale macrobentosului și sursele lor potențiale de hrană în partea interioară a golfului Shizugawa (eșantionat în septembrie 2015). Luând în considerare fracționările izotopice stabile prin lanțuri alimentare, raporturile izotopice stabile pentru macrobethos au fost reprezentate grafic după scăderea 1% și 3% pentru δ 13 C și respectiv δ 15 N. Pentru POM de apă de mare și ape de curs, raporturile lor izotopice stabile au fost determinate în eșantionări lunare din 2014 și 2015. Pentru datele cu ⁎, valorile au fost determinate în alte situri ale unui studiu anterior (Sakamaki și Richardson, 2008).

De asemenea, am efectuat o analiză a acizilor grași a stridiilor cultivate și a POM în suspensie, despre care am presupus că este sursa primară de hrană a stridiilor. Dintre acizii grași esențiali care nu pot fi produși sau produși în cantități suficiente de către consumatori, unii pot fi generați doar de anumiți producători. Acești acizi grași servesc drept markeri utili pentru analiza rețelei alimentare. Compoziția de acizi grași a POM în suspensie a variat substanțial între anotimpuri (Fig. 2.18). În toate anotimpurile, POM în suspensie conținea markeri cu acizi grași cu lanț lung, despre care se crede că provin din plante superioare amestecate cu OM derivate dintr-o gamă largă de organisme. Compoziția de acizi grași a stridiilor de cultură a inclus cantități relativ mari de markeri ai acizilor grași derivați din dinoflagelat și diatomă, indiferent de timpul sau locația de prelevare. Compoziția de acizi grași a POM a inclus acizi grași derivați dintr-o gamă largă de organisme și modificate odată cu sezonul, este probabil ca stridiile cultivate să consume și să asimileze în mod selectiv acizi grași din dinoflagelați și diatomee. Aceste rezultate pentru raportul izotop stabil și analiza compoziției acizilor grași indică faptul că în Golful Shizugawa, OM mai mare derivat din plante furnizat de râuri nu este asimilat direct de stridii.

Fig. 2.18. Concentrații marcante de acizi grași în apa de mare și țesuturile moi de stridii.


Natalitate: crește dimensiunea populației pe măsură ce descendenții sunt adăugați la populație.

Imigrare: crește dimensiunea populației pe măsură ce indivizii s-au mutat în zonă din altă parte și astfel acest lucru se adaugă populației.

Mortalitate: scade populația pe măsură ce unii indivizi se mănâncă, mor de bătrânețe sau se îmbolnăvesc.

Emigrare: scade populația pe măsură ce indivizii s-au mutat din zonă pentru a trăi în altă parte.


Priveste filmarea: Aquarium Algae Control: Bubble Algae, Dinoflagellates, Bryopsis, u0026 Turf Algae - Part 2 (Ianuarie 2022).