Diatoms

Marine diatoms
Photo Credit:
Prof. Gordon T.,a
Class: Bacillariophyceae
Orders
  • Centrales
  • Pennales

Diatom is the common name for a major group of unicellular or (less commonly) colonial algae comprising the protist taxon Bacillariophyceae (or Bacillariophyta), characterized by unique cell walls of silica (hydrated silicon dioxide)., Kallas en frustration, dessa cellväggar består vanligtvis av två överlappande och förregling asymmetriska sidor med en uppdelning tydlig mellan dem, därav gruppnamnet ”diatom”, som kommer från den grekiska διά (dia), vilket betyder ”genom” Och τέμνειν (temnein), vilket betyder ”att skära”, och därmed ”halveras.”De flesta diatomer är mikroskopiska.

kiseldioxid skal (frustler) av diatoms visar en bred mångfald i form, några ganska invecklade och utsmyckade. Skönheten hos dessa organismer, som observerats genom ett mikroskop, har lett till att de kallas ” juveler i havet.,”

dessa eukaryoter är en av de vanligaste typerna av fytoplankton. De finns i stort antal i nästan alla vatten i världen, sötvatten och saltlösning, och finns också i fuktig jord och i fukten på växter. Ekologiskt är de mycket viktiga, som tjänar som grund för livsmedelskedjorna för många djur, särskilt i havsmiljöer där de är ansvariga för mycket av primärproduktionen., Dessutom är diatoms källan till mycket av petroleum och deras avlagringar bildar diatomaceous earth, som används för isolering, gör dynamit, ett filtreringshjälpmedel, milda slipmedel, ett absorberande medel för vätskor, kattskräp och andra ändamål. Living diatom samhällen är ett populärt verktyg för övervakning av miljöförhållanden, tidigare och nuvarande, och används ofta i studier av vattenkvalitet.

fossila bevis tyder på att diatomer har sitt ursprung under eller före den tidiga juraperioden.,

Översikt och beskrivning

diatomer är en typ av heterokont (phylum Heterokontophyta), en stor rad eukaryoter som innehåller både autotrofer (t.ex. guldalger) och heterotrofer (t. ex. vattenformar). De flesta är alger, allt från den gigantiska multicellulära kelpen till de huvudsakligen encelliga diatomerna.Heterokontalger har kloroplaster som är omgivna av fyra membran. Räknat från det yttersta till det innersta membranet är det första membranet kontinuerligt med värdens kloroplast endoplasmatiska retikulum eller cER., Det andra membranet presenterar en barriär mellan lumen i endoplasmatisk retikulum och kloroplasten, som representerar de två följande membranen, inom vilka tylakoidmembranen finns. Detta arrangemang av membran tyder på att heterokont kloroplaster erhölls från minskningen av en symbiotisk röd algal eukaryote. Kloroplasterna innehåller karakteristiskt klorofyll A och klorofyll c, och vanligtvis tillbehörspigmentet fucoxanthin, vilket ger dem en guldbrun eller brungrön färg.,

flera arter av sötvatten diatoms.

det finns mer än 200 släkten levande diatomer, och det uppskattas att det finns cirka 100 000 bevarade arter (runda och Crawford 1990; Canter-Lund och Lund 1995). De flesta diatomer är encelliga, även om de kan existera som kolonier i form av filament eller band (t.ex. Fragillaria), fläktar (Meridion), zigzags (Tabellaria) eller stellatkolonier (Asterionella).,

Diatoms är en utbredd grupp och finns i haven, i sötvatten sjöar och strömmar, i jordar och på fuktiga ytor. De flesta lever pelagiskt i öppet vatten, även om vissa lever som ytfilmer vid vatten-sedimentgränssnittet (benthic), eller till och med under fuktiga atmosfäriska förhållanden. De är särskilt viktiga I haven, där de beräknas bidra upp till 45 procent av den totala oceaniska primärproduktionen (mann 1999). Även om det vanligtvis är mikroskopiskt kan vissa arter av diatomer nå upp till 2 millimeter i längd.,

Kiselalgceller finns i en unik cellvägg av silikat (kiselsyra) med två separata ventiler (eller skal). Diatom cellväggar kallas också frustler eller test. Frustulen består nästan rent av kiseldioxid, Tillverkad av kiselsyra och är belagd med ett lager av organisk substans, ibland pektin. De två överlappande delarna av frustules struktur är epitheca och hypoteca, med epitheca som överlappar hypoteca något som de två överlappande halvorna av en petriskål. Denna överlappande funktion gör det möjligt för diatom att uppnå begränsad rörelse., Överlappningen möjliggör också ytterligare internt tillväxtrum. Frustules struktur innehåller också många porer och slitsar som ger diatom tillgång till den yttre miljön för processer som avfallsavlägsnande och mucilagesekretion. Den biogena kiseldioxid som cellväggen består av syntetiseras intracellulärt genom polymerisation av kiselsyramonomerer. Detta material extruderas sedan till cellens yttre och läggs till väggen.,

i de flesta arter, när en kiselalg delar sig för att producera två dotterceller, håller varje cell en av de två ventilerna och växer en mindre ventil inom den. Som ett resultat blir den genomsnittliga storleken på diatomceller i befolkningen efter varje delningscykel mindre. När sådana celler når en viss minsta storlek, snarare än att helt enkelt dela vegetativt, vänder de Denna nedgång genom att bilda en auxospore. Detta expanderar i storlek för att ge upphov till en mycket större cell, som sedan återgår till storleksminskande divisioner. Auxospore produktion är nästan alltid kopplad till meios och sexuell reproduktion.,

diatomens gulbruna kloroplaster är typiska för heterokonter, med fyra membran och innehållande pigment som fucoxantin.

enskilda diatomer saknar vanligtvis flagella, men flagella är närvarande i gameter och har den vanliga heterokontstrukturen, förutom att de saknar håren (mastigonemes) som är karakteristiska i andra grupper. De flesta diatoms är icke-rörliga, även om vissa rör sig via flagellation., Eftersom deras relativt täta cellväggar får dem att lätt sjunka, är planktoniska former i öppet vatten vanligtvis beroende av turbulent blandning av de övre skikten av vinden för att hålla dem suspenderade i solbelyst ytvatten. Vissa arter reglerar aktivt sin flytkraft med intracellulära lipider för att motverka sjunkande.

sönderdelning och sönderfall av diatomer leder till organiskt och oorganiskt (i form av silikater) sediment., Den oorganiska komponenten i dessa sediment kan leda till en metod för att analysera tidigare marina miljöer genom corings av havsgolv eller bay muds, eftersom den oorganiska substansen är inbäddad i deponering av leror och siltar och bildar en permanent geologisk registrering av sådana marina strata.

klassificering

val från Ernst Haeckels 1904 Kunstformen der Natur (Artforms of Nature), som visar pennate (vänster) och centric (höger) frustuler.,

klassificeringen av heterokonter är fortfarande oupplöslig, och de kan behandlas som en division (eller stam), rike, eller något däremellan. Följaktligen kan grupper som diatomerna rankas var som helst från klass (vanligtvis kallad Bacillariophyceae) till division (vanligtvis kallad Bacillariophyta), med motsvarande förändringar i leden av deras undergrupper. Diatomerna kallas också ibland klass Diatomophyceae.,

Diatoms är traditionellt uppdelade i två order: centriska diatoms (Centrales), som är radiellt symmetriska och pennate diatoms (Pennales), som är bilateralt symmetriska. Den förra är parafyletisk till den senare. En nyare klassificering (Round och Crawford 1990) delar diatomerna i tre klasser: centric diatoms (Coscinodiscophyceae), pennate diatoms without a raphe (Fragilariophyceae) och pennate diatoms med en raphe (Bacillariophyceae). Det är troligt att det kommer att bli ytterligare revideringar som förståelse för deras relationer ökar.,

Rund & Crawford (1990) och Hoek et al. (1995) ge en mer omfattande täckning av diatomtaxonomi.

ekologi

en budget för havets kiselcykel (Treguer et al. 1995)

diatomer förekommer i nästan alla miljöer som innehåller vatten. Detta inkluderar inte bara oceaner, hav, sjöar och strömmar, men också jord.

planktoniska former i sötvatten och marina miljöer uppvisar ofta en ”boom and bust” (eller ”bloom and bust”) livsstil., När förhållandena i det övre blandade skiktet (näringsämnen och ljus) är gynnsamma (t.ex. i början av våren) tillåter deras konkurrensfördel (Furnas 1990) dem att snabbt dominera fytoplankton samhällen (”boom” eller ”bloom”). Som sådan klassificeras de ofta som opportunistiska r-strateger (dvs de organismer vars ekologi definieras av en hög tillväxttakt, r).

När förhållandena blir ogynnsamma, vanligtvis vid utarmning av näringsämnen, ökar diatomcellerna vanligtvis i sjunkhastighet och lämnar det övre blandade skiktet (”byst”)., Denna sjunkning induceras av antingen en förlust av flytkraftskontroll, syntesen av mucilage som klibbar diatomceller tillsammans eller produktionen av tunga vilosporer. Att sjunka ut ur det övre blandade skiktet tar bort diatomer från förhållanden som är obetydliga till tillväxt, inklusive grazerpopulationer och högre temperaturer (vilket annars skulle öka cellmetabolismen). Celler som når djupare vatten eller det grunda havsbotten kan sedan vila tills förhållandena blir mer gynnsamma igen. I det öppna havet förloras många sjunkande celler till djupet, men tillflyktspopulationerna kan kvarstå nära termoklinen.,

i slutändan kommer diatomceller i dessa vilande populationer in i det övre blandade skiktet när vertikal blandning tränger in dem. Under de flesta omständigheter kompletterar denna blandning också näringsämnen i det övre blandade skiktet och ställer in scenen för nästa omgång av diatomblomningar. I det öppna havet (bort från områden med kontinuerlig upprörande (Dugdale och Wilkerson 1998), denna cykel av blom, byst, sedan återgå till pre-bloom förhållanden inträffar vanligtvis under en årlig cykel, med diatoms endast vara utbredd under våren och försommaren., På vissa platser kan dock en höstblomning uppstå, orsakad av nedbrytningen av sommarstratifiering och entrainment av näringsämnen medan ljusnivåerna fortfarande är tillräckliga för tillväxt. Eftersom vertikal blandning ökar och ljusnivåerna faller när vintern närmar sig, är dessa blommor mindre och kortare än deras vårekvivalenter.

i det öppna havet är villkoret som vanligtvis orsakar diatom (vår) blommar till slut en brist på kisel., Till skillnad från andra näringsämnen är detta bara ett stort krav på diatomer och det regenereras inte i Planktons ekosystem så effektivt som till exempel kväve-eller fosfornäringsämnen. Detta kan ses i kartor över ytnäringskoncentrationer—eftersom näringsämnen minskar längs gradienter är kisel vanligtvis den första som är uttömd (följt normalt av kväve då fosfor).

på grund av denna bloom-and-bust livsstil, diatoms tros spela en oproportionerligt viktig roll i exporten av kol från oceanic ytvatten (Smetacek 1985; Dugdale och Wilkerson 1998)., Betydligt spelar de också en nyckelroll i regleringen av den biogeokemiska kiselcykeln i det moderna havet (Treguer et al. 1995; Yool och Tyrrell 2003).

Egge & Aksnes (1992)

många forskare tror att kiselanvändningen är nyckeln till deras ekologiska framgång. I en nu klassisk studie fann Egge och Aksnes (1992) att diatom dominans av mesocosm-samhällen var direkt relaterad till tillgången på silikat., När kiselhalten närmar sig en koncentration av 2 mmol m-3 representerar diatoms vanligtvis mer än 70 procent av fytoplankton-samhället. Raven (1983) noterade att i förhållande till organiska cellväggar kräver kiselgrustuler mindre energi för att syntetisera (cirka 8 procent av en jämförbar organisk vägg), vilket potentiellt kan vara en betydande besparing på den totala cellenergibudgeten., Andra forskare (Milligan och Morel 2002) har föreslagit att den biogena kiseldioxid i diatomcellväggar fungerar som ett effektivt pH-bufferingsmedel, vilket underlättar omvandlingen av bikarbonat till upplöst CO2 (vilket är lättare assimilerat). Trots de eventuella fördelar som kisel ger har diatoms vanligtvis högre tillväxttakt än andra alger av motsvarande storlek (Furnas 1990).,

för dem som vill samla diatoms för personlig observation, finns levande diatoms ofta klamrar sig i stort antal till filamentösa alger eller bildar gelatinösa massor på olika nedsänkta växter. Cladophora är ofta täckt med Cocconeis, en elliptiskt formad diatom; Vaucheria är ofta täckt med små former. Diatoms är ofta närvarande som en brun, hal beläggning på nedsänkta stenar och pinnar, och kan ses att ”strömma” med Flodström. Ytan lera av en damm, dike eller lagun kommer nästan alltid att ge några diatoms., De kan göras för att dyka upp genom att fylla en burk med vatten och lera, förpacka den i svart papper och låta direkt solljus falla på ytan av vattnet. Inom en dag kommer diatomerna att komma till toppen i ett skum och kan isoleras. Dessutom, eftersom diatoms utgör en viktig del av livsmedel av blötdjur, manteldjur och fiskar, ger näringsspråken av dessa djur ofta former som inte lätt säkras på andra sätt. Marina diatomer kan samlas in genom direkt vattenprovtagning, även om bentiska former kan säkras genom att skrapa havstulpaner, ostronskal och andra skal (Chamberlain 1901).,

Fossil record

den tidigaste kända fossila diatoms datum från tidig Jurassic (~185 Ma), även om molekylär klocka och sedimentära bevis tyder på ett tidigare ursprung (Kooistra och Medlin 1996; Schieber et al. 2000). Det har föreslagits att deras ursprung kan vara relaterat till slutpermian massutrotning (~250 Ma), varefter många marina nischer öppnades (Medlin et al. 1997). Klyftan mellan denna händelse och den tid som fossila diatoms först visas kan indikera en period då diatoms var osilicifierade och deras utveckling var kryptisk (Raven och Waite 2004)., Sedan tillkomsten av silicifiering, diatoms har gjort ett betydande intryck på fossila rekord, med stora avlagringar av fossila diatoms hittades så långt tillbaka som den tidiga krita, och vissa stenar (diatoméjord, diatomit) består nästan helt av dem.

även om diatomerna kan ha funnits sedan Trias, är tidpunkten för deras uppstigning och ”övertagande” av kiselcykeln nyare., Innan Phanerozoic (innan 544 Ma), är det troligt att mikrobiell eller oorganiska processer svagt reglerade havet silicon cykel (Siever 1991; Kidder och Erwin 2001; Grenne och Slack 2003). Därefter verkar cykeln domineras (och mer starkt reglerad) av radiolarians och kiselhaltiga svampar, den förra som zooplankton, den senare som stillasittande filtermatare främst på kontinentalhyllorna (Racki och Cordey 2000)., Under de senaste 100 miljoner åren är det tänkt att kiselcykeln har kommit under ännu hårdare kontroll, och att detta härrör från diatoms ekologiska uppstigning.

den exakta tidpunkten för ”övertagandet” är dock oklart, och olika författare har motstridiga tolkningar av den fossila rekordet. Vissa bevis, såsom förskjutningen av kiselhaltiga svampar från hyllorna (Maldonado et al., 1999), föreslår att detta övertagande började i krita (146 Ma till 65 Ma), medan bevis från radiolarians föreslår ”övertagande” inte började förrän Cenozoic (65 Ma att presentera) (Harper och Knoll 1975). Oavsett detaljerna i” take-over ” – tidpunkten är det dock uppenbart att denna senaste revolution har installerat mycket hårdare biologisk kontroll över den biogeokemiska kiselcykeln.

heterokont kloroplaster verkar härledas från rödalger, snarare än direkt från prokaryoter som tros ha inträffat i växter., Detta tyder på att de hade ett nyare ursprung än många andra alger. Fossila bevis är dock knappa, och det är egentligen bara med utvecklingen av diatomerna själva att heterokonterna gör ett allvarligt intryck på fossila rekordet.

genomsekvensering

hela genomet av centric diatom, Thalassiosira pseudonana, har sekvenserats (Ambrust et al. 2004), och sekvenseringen av ett andra diatomgenom från pennate diatom Phaeodactylum tricornutum pågår. De första insikterna i Genomegenskaperna hos P., tricornutum gene repertoar beskrevs med 1,000 ESTs (Scala et al. 2002). Därefter utökades antalet ESTs till 12 000 och Diatom EST-databasen konstruerades för funktionella analyser (Maheswari et al. 2005). Dessa sekvenser har använts för att göra en jämförande analys mellan P. tricornutum och den förmodade komplett proteom från grön alg Chlamydomonas reinhardtii, röd alg Cyanidioschyzon merolae, och centrerad kiselalger T. pseudonana (Montsant et al. 2005).,

nanoteknikforskning

diatoms deponering av kiseldioxid kan också visa sig vara till nytta för nanoteknik (Bradbury 2004). Diatomceller tillverkar upprepade gånger och på ett tillförlitligt sätt ventiler av särskilda former och storlekar, vilket potentiellt gör det möjligt för diatomer att tillverka mikro – eller nanoskalstrukturer som kan användas i en rad ”widgets”, inklusive: optiska system; halvledarnanolitografi; och till och med använda diatomventiler som fordon för läkemedelsleverans., Med hjälp av ett lämpligt artificiellt urvalsförfarande kan diatomer som producerar ventiler av särskilda former och storlekar utvecklas i laboratoriet och sedan användas i kemostatkulturer för att massproducera nanoskala komponenter (Drum och Gordon 2003).

  • Galopp-Lund, H. och J. W. G. Lund. 1995. Sötvattenalger. Biopress Begränsad. ISBN 0948737255.
  • Chamberlain, C. 1901. Metoder i Växthistologi. Chicago: University of Chicago Press.
  • Furnas, M. J. 1990., In situ tillväxt av marina fytoplankton: metoder för mätning, gemenskap och arter tillväxt. J. Plankton Res. 12: 1117-1151. Hämtad 22 Augusti 2008.
  • Hoek, C. van den, D. G. Mann, och H. M. Jahns. 1995. Alger: en introduktion till phycology. Cambridge University Press. ISBN 0521316871.
  • Mann, D. G. 1999. Artkonceptet i diatoms. Phycologia 38: 437-495. Hämtad 22 Augusti 2008.
  • Raven, J. A. 1983. Transport och funktion av kisel i växter. Biol. Rev. 58: 179-207.
  • Schieber, J., D., Krinsley, och L. Riciputi. 2000. Diagram ursprung kvarts silt i mudstones och konsekvenser för kiseldioxid cykling. Natur 406: 981-985. Hämtad 22 Augusti 2008.

alla länkar hämtades 24 oktober 2017.

  • datorsimuleringar av mönsterbildning i diatoms.
  • Kiselalger Genomet Joint Genome Institute.
  • Kiselalger EST – databasen- École Normale Supérieure.
  • livshistoria och ekologi av Diatoms – University of California Museum of Paleontology.,

krediter

New World Encyclopedia författare och redaktörer skrev och avslutade Wikipedia articlein enlighet med New World Encyclopedia standards. Denna artikel följer villkoren i Creative Commons CC-by-sa 3.0-licensen (CC-by-sa), som kan användas och spridas med korrekt tilldelning. Krediten betalas enligt villkoren i denna licens som kan referera både till bidragsgivarna i New World Encyclopedia och De osjälviska frivilliga bidragsgivarna i Wikimedia Foundation. För att citera denna artikel klicka här för en lista över godtagbara citera format.,Historien om tidigare bidrag från wikipedianer är tillgänglig för forskare här:

  • Diatomhistoria
  • heterokont historia
  • Frustule historia

historien om denna artikel sedan den importerades till New World Encyclopedia:

  • historia av ”Diatom”

Obs: vissa begränsningar kan gälla för användning av enskilda bilder som är separat licensierade.