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Las Algas

Introducción:

Las algas son una pieza clave de nuestra vida cotidiana. Aunque es muy probable que podamos sobrevivir sin usar las algas y sus diversos derivados, nuestra vida cotidiana sería muy distinta sin ellas. Aún sin pensarlo, todo el tiempo estamos en contacto con algún derivado de las algas. Las algas y sus derivados forman parte de nuestra vida cotidiana en alimentos, fármacos y a hasta en pintura y en nuestra ropa. Las algas son fuente de muchos productos útiles. Tal es el caso de los ficoloides o hidrocoloides polisacáridos, que son unos polisacáridos complejos obtenidos de las algas de las divisiones Phaeophyceae (feofitas) y Rhodophyceae (rodófitas), que forman sustancias coloidales cuando son dispersados en agua. Los polisacáridos recuperados de algas, más importantes son: los alginatos, el agar, la laminarina, fucoidina, galactanos, y la carragenina. Que tienen diversos usos. Pero entre estos polisacáridos destacan los alginatos y el agar.

El ácido algínico en una poliurodina compleja, compuesta de ácido manurónico y ácido gulurónico con enlaces b-1,4. Los alginatos son sales de ácido algínico que pueden ser formadas con metales ligeros como Na, K, Mg o  Fe (ferroso), que forman sales solubles en agua, dando así, alta viscosidad, por lo que pueden ser usados como emulsionantes. O bien, las sales pueden ser formadas con metales pesados como Ca, Al, Zn, Cu, Cr, y Fe (férrico), que dan sales insolubles en agua, que no tienen muchos usos. Los alginatos juegan una parte importantísima en nuestra vida cotidiana, constantemente y  sin saberlo, los comemos y hasta nos los embarramos en la piel o en nuestras paredes. Estos importantes polisacáridos recuperados de feofitas, tienen numerosas aplicaciones en el campo de la medicina, por ejemplo, son usados para hacer impresiones dentales, y como excipientes de medicinas  que deben ser lentamente absorbidas por el cuerpo. Son usados para emulsionar fármacos y complementos vitamínicos, también las cápsulas que tomamos con medicinas y vitaminas, están hechas de alginatos. Pero no sólo con fines médicos nos hemos metido alginatos a la boca, por sus propiedades coloidales y no toxicas, los alginatos también han sido ampliamente utilizados en la industria alimenticia. El alginato de sodio es considerado el mejor coloide usado como estabilizador y agente cremoso para los helados. Por eso el helado casero nunca queda igual al helado comercial. Aunque no comas helado, no quedas exento de comer alginatos, pues los encontramos en sopas, cremas, salsas (como la cátsup) y aderezos (mostaza y mayonesa), como agentes que las hacen más espesas. Las leches saborizadas que llevan los niños de lunch a la escuela, tienen alginatos, que en los ingredientes están discretamente  señalizados como “estabilizadores”. Un gel de alginato, cubre el paté que comeremos esta Navidad, e incluso es utilizado para congelar el pescado. Y si no fuera suficiente con comernos los alginatos, los usamos también en diversas formas, como en los lápices labiales, barnices de uñas, cremas de rasurar, shampoos y cremas para el cuerpo. Son los emulsionantes de la pintura con la que pintamos nuestras paredes, y son usados para el vidriado del barro y barnizado de cerámica. Son parte importante en el proceso de estabilización del latex, la elaboración del papel y de ceras pulidoras. Las algas usadas para la extracción de alginatos son diferentes en cada región. En las costas de California se usa el género Macrocystis, en las costas australianas el Macrocystis y Eklonia. En las costas de Centro y Sudamérica se usan los géneros Lessonia, Durvillea y Macrocystis.

Otro polisacárido que tiene de origen a las algas es el agar. Aparte de los derivados del ácido algínico, la producción de agar-agar es considerada la otra gran industria basada en el uso de algas. El agar es un polisacárido muy complejo, que en realidad es la mezcla de dos polisacáridos, agarosa y agaropectina. El agar seco, es insoluble en agua fría y soluble en agua caliente. Diluido en agua (en dilución del 1 al 2%), forma un gel que a una temperatura menor a 35°C es un sólido y en una temperatura mayor a 50°C se hace líquido. Muchos géneros de rodófitas son fuente de agar, los más usados son Gracilaria y Gelidium. Pero algunas especies de otros géneros también dan un agar de calidad. El agar tiene diversos usos comerciales, pero el más conocido de todos ellos, es el de medio de cultivo. El agar es utilizado en la microbiología como medio cultivo por que tiene la propiedad de no poder ser digerido ni atacado por los microorganismos cultivados. Sin embargo también tiene muchos usos que tienen que ver con nuestra vida cotidiana, por ejemplo, es el ingrediente principal en la elaboración de conservas de carne y pescado, evitando el desagradable “sabor a lata”. Las latas de ostiones, anchoas, mejillones, sardinas y jamón enlatado que compramos, están conservados con agar, lo que también le da una textura gelatinosa. En menor grado, también hemos comido agar en conservas de cereales y comida precocinada para calentar en el microondas. Todos seguramente hemos comido agar en algún momento de nuestra infancia, en forma de dulces, principalmente como panditas, gusanitos, frutitas, corazones y todo tipo de gomitas. Es usado como estabilizador en la elaboración de quesos (como el queso amarillo), y es el ingrediente principal (por tener un tipo de pectina) para espesar mermeladas y hacer jaleas.  Incluso es usado como agente clarificante de vinos, licores y de la cerveza. Por supuesto que el agar no podía quedarse atrás y también tiene importantes usos en la farmacología. Pues tiene la capacidad de pasar por el estómago sin ser digerido, así que forma la cubierta de todas nuestras pastillas que deben ser absorbidas por el intestino. También es usado como emulsionante de la mayoría de los laxantes en el mercado. Pero curiosamente el agar tiene más usos fuera de esas dos industrias. Es muy usado en la industria textil, ayudando a dar forma a la tela y así garantizar la talla. Esa capa como de plástico que endurece a la ropa nueva, es en realidad una agarina. Las películas fotográficas usan el agar como aglutinante de los polvos receptores de luz. El agar es incluso usado para la elaboración de ciertos pegamentos como el que une a las grapas en prácticos paquetes que podemos pones en nuestras engrapadoras. También es usado para la elaboración de pinturas, como óleos.

Esos son sólo dos de los miles de ejemplos que hay sobre la importancia de las algas en nuestra vida cotidiana. Y aunque muchas veces ignoradas, las algas nos siguen sirviendo en muchas formas, ya sea por sus polisacáridos, o como una de las mejores fuentes de potasa para nuestros jabones y el yodo que tiene nuestra sal. Como fuente de pigmentos, como forraje o como fertilizante. Incluso como alimento, pues son considerados manjares en muchas partes del mundo. Y hasta nos sirven como resaltador de todos nuestros señalamientos viales, en forma de tierras diatomáceas. En fin, las algas, aunque casi siempre en el anonimato, han formado y seguirán formando una pieza clave en nuestra vida cotidiana.

ANTECEDENTES

TAXONOMÍA Y DISTRIBUCIÓN

En América, los primeros estudios sobre algas datan de aproximadamente 250 años atrás, época en la cual se realizaron numerosas expediciones, principalmente por europeos y norteamericanos para recolectar especies exóticas. Las primeras colecciones de la flora algal peruana, pertenecen a Coker (1903-1906) y fueron estudiadas por Howe quien en 1914 publicó "The marine algae of Peru", reconociendo un total de 96 especies para nuestra costa. Colecciones posteriores que incluyen a Ecuador, Perú y Chile han contribuido en el conocimiento de la riqueza florística de la costa temperada del
Pacífico Sur. Para el Perú, es importante citar los trabajos realizados por Dawson et al., (1964) y Acleto (1973; 1980).

Santelices (1980) en su trabajo sobre la fitogeografía de la costa templada del Pacífico sur, concluye que esta flora incluye 380 especies de algas rojas, pardas y verdes las cuales son de influencia principalmente subantártica. Ramírez & Santelices (1991) en una recopilación de toda la información bibliográfica de la costa templada del Pacífico sur, mencionan un total de 746 especies de algas, de las cuales 469 son Rhodophyta, 149 Phaeophyta y 128 Chlorophyta. Acleto (1988) menciona para el Perú un aproximado de 225 especies, de las cuales 160 son rojas, 31 pardas y 37 verdes.
Las algas rojas, comprenden el grupo más grande de las algas marinas con alrededor de 4000 especies (Lee, 1992). Dentro de este grupo, la familia Gigartinaceae ha presentado siempre problemas en su taxonomía debido a la extrema variabilidad morfológica de la mayoría de sus miembros (Hommersand et al., 1993). La importancia económica de este grupo, con especies productoras de carragenano, motivó el interés de diversos investigadores a fin de esclarecer la identidad de sus miembros.
Hommersand et al. (1993) presentaron un nuevo sistema de clasificación de las Gigartinaceae, teniendo en cuenta las características morfológicas y de desarrollo de las estructuras reproductivas, y propusieron la inclusión de 7 géneros para esta familia, restableciendo el género Chondracanthus Kützing independiente del género Gigartina Stackhouse.
Chondracanthus chamissoi (C.Agardh) Kützing fue descrita en 1843 en base a material recolectado en Chile por Chamisso, material depositado en el Herbario Agardh, Lund, Suecia (Dawson et al., 1964). Esta especie se caracteriza por presentar un talo membranáceo de 6 a 45 cm de altura. Su color varía de un verde oscuro a un marrón rojizo, o casi negro. Está constituido generalmente por varios ejes axiales cilíndricos en la base y divididos subdicotómicamente, que derivan de un disco basal pequeño. Las ramificaciones son dísticas o pinnadas, abundantes, las ramas laterales son de diferente tamaño y longitud. Los cistocarpos esféricos, se desarrollan en forma notoria y más o menos aglomerados a lo largo del margen de las ramas (Acleto, 1986a).
El área de distribución de C. chamissoi abarca las localidades de Callao, Barranco, Isla San Lorenzo, Talara, Chimbote, Paracas, Ancón, San Bartolo, Pucusana, Pisco, Bahía Independencia e Islas Chincha (Dawson et al., 1964). En 1986, Acleto incluye en esta relación, al departamento de La Libertad. Ramírez & Santelices (1991) en una revisión bastante extensa de las algas marinas de la costa de Sudamérica, señalan como área de distribución de C. chamissoi a Perú y Chile y en 1997, Hoffmann & Santelices, la señalan como una especie endémica de Perú y Chile que se distribuye desde Piura (Perú) hasta Chiloé (Chile).

ECOLOGÍA

Chondracanthus chamissoi es un alga endémica de la costa templada del Pacífico sur que habita en las zonas rocosas del intermareal y submareal. Su presencia en sectores influidos por oleaje o corrientes fuertes está determinada por condiciones fisiológicas como resistencia de los sistemas de fijación al sustrato, flexibilidad y firmeza de las frondas para soportar el embate del mar. Las frondas cistocárpicas de esta
especie presentan una mayor resistencia a la tracción debido al incremento celular que ocurre durante el proceso de formación de cistocarpos, lo que permite una mayor compactación de la fronda y por lo tanto una mayor resistencia (Donoso & Alveal, 1988).
A pesar de que las fases gametofíticas y tetrasporofíticas se encuentran presentes al mismo tiempo, C. chamissoi presenta una dominancia de la fase tetrasporofítica y un marcado crecimiento estacional con respecto a la talla y abundancia. Ambas fases presentan estructuras reproductivas durante todo el año, sin guardar una relación definida entre la presencia de estas estructuras y el tamaño de la planta (Rojas, 1976; Acleto, 1986b).

IMPORTANCIA ECONÓMICA

En el continente asiático, 2000 años a. C., ya se tenía conocimiento de las algas, no sólo como alimento, sino también, en la medicina y como fertilizantes (Hansen et al, 1981). En 1914, Howe sugirió la posibilidad de industrializar las algas. En la actualidad, su uso se ha incrementado por las múltiples aplicaciones de los polisacáridos de la pared celular (agar, carragenano y alginato), que se obtienen de algunas especies de algas rojas y pardas (Glicksman, 1987; Kloareg & Quatrano, 1988).
En el Perú, el "yuyo" ( Chondracanthus chamissoi) y el "cochayuyo" ( Porphyra spp) han sido utilizados como alimento desde la época preinca, tanto en la costa como en la sierra (Acleto, 1986a).

QUÍMICA DE POLISACÁRIDOS

El agar y el carragenano son polisacáridos presentes en la pared celular de algas rojas (Rhodophyta). Ambos están constituidos por unidades repetitivas de galactosa y galactosa anhidra, diferenciándose solamente en la configuración que adopta esta última, si está en posición L- corresponde al agar, si se presenta en posición D-, corresponde al carragenano (Matsuhiro, 1986; Kloareg & Quatrano, 1988).

Mientras que el agar se presenta en una forma relativamente simple y constante en su composición (Fig. 1), el carragenano puede presentar diferentes tipos debido a diversos grados de sulfatación de sus moléculas (Dring, 1996). Estas diferencias en su estructura química, se encuentran estrechamente relacionadas a su solubilidad en cloruro de potasio, habiéndose clasificado en dos familias, la primera constituida por una fracción no soluble denominada k-carragenano y la otra, por una fracción soluble denominada l-carragenano (Smith & Cook, 1953; Waaland, 1975; Falshaw & Furneaux, 1998).
Los k-carragenano son utilizados como agentes gelantes y consisten de un esqueleto repetitivo de 3,6- anhidrogalactosa y galactos a 4-sulfato (Fig. 2a), mientras que en los l-carragenano, utilizados como espesantes y/o emulsificantes, la molécula anhidra es reemplazada por galactosa-2,6- disulfato (Fig. 2b) (McCandless et al., 1983; Glicksman, 1987; Rochas et al., 1989; Dring, 1996).

Craigie (1990), encontró diferencias en la calidad y rendimiento de gel según la edad del tejido. En este sentido, la producción de carragenano en Chondrus crispus se encuentra altamente influenciada por la estación (Saito & de Oliveira, 1990) o por la porción de talo (Rivera-Carro et al., 1990). Otros estudios mencionan que factores implicados en regular el tipo y cantidad de carragenano están asociados con cambios estacionales (irradiación, disponibilidad de nutrientes, temperatura) y ciclo de vida (Craigie, 1990).
Estudios realizados en diferentes algas carragenofiticas encontraron estacionalidad en la producción de carragenano. También mencionan la existencia de una posible interacción de muchos factores que probablemente sean responsables de los cambios estacionales del carragenano habiendo encontrado una correlación entre el rendimiento de carragenano y nutrientes (Dawes et al., 1974).

CALIDAD DE CARRAGENANO

Desde hace varios años, la espectroscopía infrarroja ha sido utilizada en el estudio de polisacáridos de algas (Cerezo, 1967; Anderson et al., 1968; McCandless et al., 1973; McCandless et al., 1975; Garay et al., 1976; Doty & Santos, 1978; Matulewicz & Cerezo, 1980; Mollion, 1980; McCandless et al., 1983; Rochas et al.,1989). Recientemente esta técnica ha sido perfeccionada mediante la transformada de Fourier (FT-IR). Así, el espectro FT-IR ha permitido reconocer los diferentes tipos de carragenano por la presencia o ausencia de bandas características a partir del alga molida o su extracto (Chopin & Whalen, 1993). Por otro lado, Matsuhiro & Rivas (1993) demostraron una notoria mejoría en la resolución y ancho de banda cuando aplicaron una segunda fórmula matemática sobre el espectro, denominada segunda
derivada la cual había sido propuesta anteriormente para celulosa y derivados.

DISCUSIÓN

PROPORCIÓN DE FASES

La alternancia de fases en algas rojas está estrechamente asociada con dos conceptos ecológicos, persistencia y abundancia, que explican mecanismos y procesos dinámicos que tienen lugar dentro de la estructura poblacional de estas algas. En este sentido, se afirma que la fase tetrasporofítica es persistente en el tiempo, mientras que la gametofítica depende de la rapidez de su crecimiento siendo dominante sobre la
esporofitica bajo ciertas condiciones ambientales (Hawkes, 1990; Bulboa & Macchiavello, 2001). Lazo et al. (1989) mencionan que la dominancia de la fase gametofítica es un evento raro pero común en algunas Gigartinaceae y puede variar de acuerdo a su ubicación geográfica o por las características ambientales a las que está sometida.
En poblaciones de Chondrus crispus en Canadá se ha observado una ligera dominancia de la fase gametofítica en la mayoría de las áreas estudiadas por Lazo et al. (1989). Esta dominancia ha sido notoriamente más significativa en poblaciones de Gigartina skottsbergii de Argentina y Chile ( Piriz, 1996; Zamorano & Westermeier, 1996). Este mismo patrón ha sido observado anteriormente para C. chamissoi en la
Bahía de Ancón, Perú (Córdova et al., 1997), y en Puerto Aldea, Chile (González et al., 1997). La dominancia de la fase esporofitica de C. chamissoi entre agosto de 1978 y julio de 1979 ha sido mencionada por Acleto (1986b) y durante el año 2000 por Magallanes et al. (2001) en áreas que actualmente se encuentran dentro de la Reserva Nacional de Paracas.

En el presente estudio, la dominancia de la fase gametofítica encontrada desde 1997 hasta los primeros meses de 1999 respondería a la anomalía térmica positiva registrada durante 1997 y 1998, mientras que la anomalía térmica negativa observada en 1999, habría provocado, la disminución en la proporción de gametofitos hasta llegar a una dominancia de la fase esporofítica en agosto de ese mismo año. La dominancia de esporofitos a partir de 1999 se corrobora con los trabajos de Magallanes et al. (2001) y Riofrío et al. (2001) que coincidieron en mencionar la dominancia de esta fase para la Reserva Nacional de Paracas y la Bahía de Ancón durante el 2000, respectivamente.

PARÁMETROS POBLACIONALES

Los factores oceanográficos que interactúan con las algas marinas son muy complejos y varían constantemente (Lobban & Harrison, 1994), habiéndose llegado a establecer que la temperatura, irradiación y nutrientes son los principales factores que determinan el desarrollo óptimo de estos organismos (Kain & Norton, 1990). A pesar de que la temperatura afecta procesos metabólicos de los organismos vivos, tales como
respiración y fotosíntesis, se reconoce que estos tienen la capacidad de aclimatación térmica enzimática, la cual les permite continuar con sus funciones normales en zonas con estaciones climáticas pronunciadas (Lobban & Harrison, 1994). Sin embargo, los fuertes cambios interanuales de temperatura afectan la abundancia de las algas (Ladah et al., 1999). Así mismo, se ha demostrado que otros parámetros como crecimiento, morfología y reproducción también se han visto afectados por factores abióticos (Lobban & Harrison, 1994).
Algunos trabajos acerca de la fenología de algas (Piriz, 1996; Zamorano & Westermeier, 1996; García-Lepe et al., 1997; Santelices & Martínez, 1997; Reani et al.,1998) muestran la relación existente entre los parámetros evaluados y los factores ambientales. El incremento de la temperatura superficial del mar, desde marzo de 1997 hasta junio de 1998, hasta 5 °C por encima de la normal ( Jaimes, 1999), sería la causa de las respuestas biológicas observadas en el presente estudio.
La presencia de plantas más grandes en los meses de mayor temperatura coincide con los resultados expuestos por González et al. (1997), quienes encontraron para esta misma especie, una frecuencia significativamente mayor de frondas más grandes durante los meses de primavera-verano. Similares observaciones fueron advertidas para Gigartina skottsbergii de Argentina (Piriz, 1996) y de Chile (Zamorano & Westermeier, 1996). Sin embargo, estos resultados difieren de los hallados por Rojas (1976), para C. chamissoi, quien incluso encontró resultados diversos entre las áreas de muestreo.
En este estudio, coincidiendo con las anomalías térmicas positivas (1997-1998), ambas fases mostraron sus más altos valores en número de esporangios. En 1999, su disminución coincidió con las anomalías térmicas negativas, sin embargo se observó patrones diferentes para cada fase de su ciclo de vida. Esto último concuerda con lo mencionado por Santelices & Martínez (1997) quienes registraron que el potencial reproductivo de cada fase del ciclo de vida de Mazzaella laminarioides presentaba un comportamiento estacional diferente. Los resultados del estado de madurez reproductiva registrado para C. chamissoi nos llevan a confirmar lo propuesto por Lobban & Harrison (1994), quienes sostienen que cada fase del ciclo de vida de un alga presenta temperaturas óptimas características.
Tarazona et al. (2001), mencionan que los cambios oceanográficos sostenidos originan alteraciones en las interacciones biológicas provocando la proliferación de algunas especies y la disminución de otras. La disminución y pronta desaparición de C. chamissoi del área de estudio desde febrero hasta mayo de 1998, coincide con la aparición de los gasterópodos Aplysia nigra y A. inca (Córdova et al., 1998). Estos herbívoros posiblemente tuvieron un rol activo como factor controlador de las poblaciones de C. chamissoi.

CALIDAD Y CANTIDAD DE CARRAGENANO

Los resultados del presente estudio demostraron que el rendimiento de carragenano de C. chamissoi varió en el tiempo sin presentar un claro patrón estacional.
Esta ausencia de variación ha sido mencionada para otras especies de Gigartinaceae (Piriz & Cerezo, 1991). Sin embargo, resultados opuestos han sido encontrados para algunas especies como Chondrus crispus, Gigartina stellata (Craigie, 1990) y Gymnogongrus crenulatus, Phyllophora pseudoceranoides y P. truncata (Cosson et al., 1990). Al mismo tiempo, en ambas fases, el contenido total del ficocoloide presentó sus más altos valores en 1999 coincidiendo con las anomalías negativas del nivel del mar y por lo tanto las plantas se encontraron más expuestas a la irradiación. Craigie (1990) menciona que los cambios estacionales en el rendimiento y calidad de ficocoloides, son difíciles de interpretar debido a los múltiples factores involucrados.
Las diferencias en el rendimiento, con máximos valores hallados en las plantas cistocárpicas, han sido mencionados para C. chamissoi (Ching et al., 1977) y para Iridaea membranaceae, I. ciliata y Chondrus canaliculatus (Matsuhiro, 1986), mientras que ausencia de variación entre las fases ha sido encontrada para I. cordata y Gigartina exasperata (Waaland, 1975).
Rivera-Carro (1990) y Zertuche-Gonzalez et al. (1993) afirman que los factores asociados con cambios estacionales (temperatura, nutrientes y luz) son aquellos implicados en regular el tipo y cantidad de carragenano producido. Por otro lado, Cosson et al. (1990), sostienen que las variaciones en el rendimiento de carragenano no están en función a las estaciones sino al ciclo vegetativo de las especies. Craigie (1990) y Reani et al. (1998) coinciden en que existe una correlación positiva entre el periodo de crecimiento activo y el rendimiento de carragenano.
Trabajos con agarofitas muestran una marcada variación estacional en el rendimiento y calidad de agar, atribuyéndolo a factores desconocidos relacionados al medio ambiente (Rebello et al., 1996). Otros estudios revelan que la disponibilidad de nutrientes, temperatura de crecimiento del alga, tasa de crecimiento, edad de los tejidos, estado reproductivo y factores genéticos están implicados como reguladores del metabolismo de ficocoloides (Craigie, 1990). Los miembros de Gigartinaceae muestran marcadas diferencias en la química de carragenano relacionado a la fase del ciclo de vida (Craigie, 1990; Estevez et al., 2001). En el presente estudio, los resultados demuestran que el tipo de carragenano es constante para cada una de las fases. En 1983, McCandless et al., realizaron el estudio químico del polisacárido de diferentes especies de la familia Gigartinaceae encontrando una gran uniformidad en el carragenano de plantas del género Gigartina aun proviniendo de diferentes regiones biogeograficas.
Las bandas de absorción, al espectro infrarrojo, de los extractos obtenidos de plantas sin estructuras reproductivas visibles son muy similares a los polisacáridos de las plantas cistocárpicas. Ambos muestran las características bandas de absorción de un carragenano híbrido tipo k - i. Este término, utilizado frecuentemente en el campo de los carragenanos, describe productos cuyas estructuras están construidas por una mezcla de unidades idealizadas repetitivas (Murano et al., 1997; Estevez et al., 2001; Falshaw et al., 2001). Este hecho ha sido mencionado para diferentes especies de Gigartinales cuyas fases gametofiticas presentan varios grados de hibridismo k - i (Correa- Díaz et al., 1990; Saito & Oliveira, 1990; Cáceres et al., 1997).
La fase tetrasporofítica presenta un espectro acorde con un carragenano tipo l, y algo de 3,6-anhidrogalactosa que se evidencia en la banda de absorción a 930 cm-1 . Esta señal no está normalmente asociada con carragenanos de este tipo, sin embargo ha sido observada en diferentes especies de Gigartina de México y Nueva Zelanda ( Correa - Díaz et al., 1990; Falshaw & Furneaux, 1998).

ALGAS  : USOS  Y BIOTECNOLOGÍA

USOS DE LAS ALGAS

USOS INDUSTRIALES: FICOCOLOIDES

USOS ALIMENTARIOS

USOS FARMACOLÓGICOS

USOS COSMÉTICOS

USOS EN RESTAURACIÓN MEDIOAMBIENTAL  Y ACUICULTURA 

El  término de ALGA comprende un grupo muy heterogéneo de organismos vegetales marinos (50.000 aproximadamente) que se caracterizan por realizar la fotosíntesis , es decir el proceso que convierte la energía lumínica en energía química necesaria para la síntesis de moléculas orgánicas. 

Aunque la mayoría de las algas son unicelulares y microscópicas, algunas de 1 o 2 micrómetros de diámetro (1 micrómetro = 0,001 milímetros), muchas son visibles como el verdín de las charcas, las algas marinas, la marea roja, las manchas verdeazuladas de las paredes de los acuarios, las capas verdes sobre los árboles y la nieve roja. Muchos géneros de algas tienen representantes que viven en simbiosis con hongos y forman los líquenes. Ciertas algas han evolucionado hacia la pérdida de su capacidad fotosintética. Las algas se diferencian de los briofitos (musgos y hepáticas), que también carecen de tejidos complejos, en que sus células reproductoras se originan en estructuras unicelulares y no pluricelulares. El estudio de las algas se llama ficología (del griego, phykos, que significa ‘alga de mar’) o algalogía (del latín, alga).

Las formas de algas macroscópicas suelen fijarse a una superficie firme y crecen en abundancia como algas marinas en las zonas intermareal y submareal, a una profundidad de hasta 268 m, según la penetración de la luz solar. También crecen sobre rocas que se encuentran en agua dulce estancada o corriente y, por lo general, se desprenden y flotan formando el verdín de las charcas. Las formas de algas microscópicas son en su mayoría unicelulares y planctónicas (móviles, o que flotan libremente) y constituyen una parte esencial de la cadena alimentaria de todos los seres acuáticos.

Los científicos han clasificado las algas de diversos modos. Tradicionalmente los botánicos han estudiado las formas inmóviles, mientras que las móviles, incluso las fotosintéticas, han interesado también a los zoólogos. Sin embargo, una división simplista de las algas en animales y vegetales es incorrecta. Muchos biólogos usan, y esta enciclopedia también, un sistema de clasificación que las distribuye en reinos diferentes. Las investigaciones actuales sugieren que existen, al menos, 16 líneas filogenéticas (grupos de organismos con un antepasado común). A una línea filogenética se le suele dar la categoría de un filo en zoología y de una división en botánica.
Las líneas filogenéticas de las algas se definen según determinadas características. Entre ellas están: los pigmentos fotosintéticos, los productos de reserva, la composición de la pared celular, los flagelos de las células móviles y la estructura del núcleo, el cloroplasto, el pirenoide (zona del cloroplasto que participa en la formación de almidón) y la mancha ocular (orgánulo constituido por una gran concentración de lípidos). Las algas procarióticas, que carecen de membrana nuclear, se clasifican en el reino Móneras. Las formas unicelulares de las algas eucarióticas, que tienen su núcleo rodeado por una membrana, se incluyen en el reino Protistas, al igual que las líneas filogenéticas con formas pluricelulares, aunque según ciertas clasificaciones estas últimas se incluyen en el reino Vegetal. Una hipótesis apunta que los orgánulos de las células de las algas han evolucionado a partir de endosimbiontes (organismos que viven en simbiosis en el interior de las células o de los tejidos de un huésped). Los partidarios de esta teoría sitúan a las algas eucarióticas con los protozoos, en el reino Protistas.

Los ficólogos definen a las algas como organismos fotosintéticos con Clorofila a  y  con estructura de talo no diferenciada en raices , tallo u hojas como las plantas vasculares.  Se clasifican en 11 grupos con categoría de división .

De entre ellos destacamos cuatro:

1. Cianofíceas (algas verde-azuladas): Son organismos procariotas fotosintéticos que  poseen clorofila a , están más próximos a las otras bacterias fotosintéticas que a algas eucariotas por lo que también se les denomina  cianobacterias.

No obstante de acuerdo a la definición de alga indicada anteriormente están dentro del grupo de las algas . El nombre común viene del tono azulado que tienen debido a un pigmento biliproteico (ficocianina) que enmascara el color verde de la clorofila. Son organismos muy primitivos (aparecen en el Periodo precámbrico , hace 3000 años)  y cosmopolitas. Entre las que tienen uso biotecnológico destaca Spirulina  que se emplea como alimento por su alto contenido en proteínas (hasta el 70%  del peso seco). Muchos de estos organismos tienen capacidad de fijar nitrógeno atmosférico al tener el sistema enzimático nitrogenasa.

2. Rodofíceas ( Algas rojas ). El color pardo-rojizo viene dado por la existencia de biliproteínas (ficoeritrina y ficocianina principalmente ) que contribuyen a enmascarar el color verde la clorofila.

Las algas rojas son organismos eucariotas, es decir que tienen membrana nuclear y, por regla general, están confinadas a hábitats marítimos. Algunas son de gran belleza y, como los cianofitos, carecen de clorofila B y tienen pigmentos especiales rojos y azules. La mayoría se caracteriza por la presencia de puntos de conexión entre sus células que resultan de una división celular incompleta.

Las células sexuales carecen de flagelos (apéndices a modo de látigo usados para la locomoción). En general, su ciclo sexual es muy complicado e implica una alternancia de generaciones, de morfología similar o diferente, y una fase posterior de fecundación que se desarrolla sobre el órgano femenino. Las paredes celulares de las algas coralinas están impregnadas con una forma de carbonato de calcio llamado calcita. Estas algas son importantes en la formación de los arrecifes de coral, al producir material nuevo y sedimentarse junto a otros organismos. Constituyen el grupo más diverso entre las algas con alrededor de 4000 especies. Aunque se encuentran en todos los mares del mundo su abundancia disminuye del ecuador a las aguas polares en comparación con algas verdes y pardas. Algunas especies pueden vivir a gran profundidad  (200 m) como ciertas algas calcáreas.

Las primeras algas rojas datan de la era Paleozoica, periodo siluriano (hace 435-460 millones de años). En las paredes celulares  presentan polisacáridos complejos cuya función principal es servir como cemento (coloide) que cohesiona la estructura del alga. Los ficocoloides (agar y  carragenatos) son los principales productos  de interés  industrial en estas algas.

Las paredes celulares de ciertas algas rojas son la única fuente de donde se extraen dos carbohidratos polisacáridos de gran importancia económica: el agar y el carraguín. Ambas sustancias están químicamente relacionadas y tienen propiedades suspensivas, emulsionantes, estabilizantes y gelidificantes. El agar es conocido por su uso en la preparación de los medios de cultivo para los microorganismos; el carraguín por su empleo en la fabricación de productos lácteos, aunque también se usa en la industria textil, en cosmética, en farmacia y en tipografía. Varias algas rojas, de las cuales la más conocida es el nori, son importantes en la dieta de algunos pueblos, especialmente en Japón.

3. Feofíceas  (algas pardas): Las algas pardas, como las algas rojas, se encuentran principalmente en hábitats marinos. La coloración parda, de tonalidad muy variable, es debida a la presencia de  ciertos pigmentos carotenoides (fucoxantinas). También carecen de clorofila B; además de la clorofila A poseen clorofila C.

Las algas pardas se conocen por su crecimiento rápido, su inmenso tamaño y por sus tejidos relativamente complejos.

Son algas eucariotas , pluricelulares  y morfológicamente muy diversificadas, encontrándose sólo en agua de mar y con forma que van desde algas filamentosas de estructura sencilla hasta algas  que ya tienen tejidos diversificados por los que se realiza transporte de nutrientes dentro de la planta. Las algas pardas dominan  en las aguas frías, particularmente en el hemisferio norte. Se fijan al sustrato mediante rizoides formando auténticos bosques o praderas como las de Laminaria en el Atlántico o  Macrocystis en el Pacífico. En los trópicos la única zona con gran abundancia de algas pardas es el Mar de los Sargazos. Constituyen las algas más modernas ya que los primeros registros fósiles datan del periodo terciario, en el mioceno (hace 25 millones de años).

En la pared de algunas especies se encuentran coloides denominados alginatos, además muchas algas pardas poseen también interés agropecuario, en la alimentación humana, farmacología y cosmética.

El alginato, un polisacárido que se obtiene de los feofitos, se usa y comercializa del mismo modo que el agar o el carraguín. Las algas pardas son también fuente de vitaminas y minerales y se utilizan como fertilizantes. Algunas especies (como el kobu) constituyen un aporte alimenticio importante, especialmente en la comida japonesa.

4. Clorofíceas (algas verdes). Las algas verdes se asemejan a las plantas superiores en que tienen clorofila A y B y almidón como material de reserva. La mayoría son unicelulares o coloniales y constituyen una parte importante del plancton de los hábitats de agua dulce. Muchos clorofitos unicelulares se agrupan en filamentos y son visibles como musgo de río o verdín de charca. Las algas verdes de agua dulce más evolucionadas son las carofíceas. En hábitats marinos las más desarrolladas se componen de sifones plurinucleados y alcanzan una longitud de 10 metros. Un género tiene las paredes celulares impregnadas con una forma de carbonato de calcio llamada aragonita y contribuye de modo importante a la formación de los arrecifes de coral. Algunos estudios indican que, probablemente, las carofíceas y otros clorofitos evolucionaron hacia los briofitos y las plantas superiores.

Son algas que han colonizado todos los ambientes, encontrándose el 90% de las especies en agua dulce y el 10% restante en aguas marinas . Las especies de agua dulce tienen una distribución cosmopolita. En ambientes marinos tropicales y semitropicales el número de especies es bajo y el mismo en todas las zonas del mundo  a esa latitud, en cambio en aguas frías y templadas la diversidad es más alta. Las clorofíceas aparecen en  la era paleozoica , periodo Ordoviciano (hace 500-530 millones de años) y  constituyeron los antecesores de los vegetales terrestres. Hay una gran diversidad morfológica, desde algas unicelulares a pluricelulares bastante complejos.

Las algas verdes se localizan también en el suelo húmedo, adheridas a las plantas terrestres (algunas son parásitas), e incluso en la nieve y el hielo. Las formas marinas son fáciles de ver en las rocas costeras cuando baja la marea. También hay algas terrestres que se combinan en asociaciones simbióticas con hongos, llamadas líquenes.

Las algas verdes se reproducen de forma vegetativa por fragmentación y división celular; asexual por esporas y zoosporas, que se desarrollan directamente para convertirse en nuevos individuos; y sexual por conjugación (unión de dos células sexuales llamadas gametos). En muchas especies se da la alternancia de generaciones, en cuyo caso la generación de gametofitos es dominante, al contrario que en las plantas con semilla, donde la fase de esporofitos es la predominante.

Las algas verdes tienen una enorme importancia en la cadena alimentaria, es decir, constituyen una fuente de alimento para otros organismos acuáticos (véase Plancton), además contribuyen al aporte de oxígeno atmosférico. Sin embargo, pueden tener efectos negativos cuando la población aumenta demasiado porque provocan mal olor y sabor desagradable en el agua potable y obstruyen los filtros de las depuradoras. En lagos y charcas de agua dulce contaminada por nitratos y fosfatos, la población de algas crece rápidamente hasta llegar al máximo. Por este motivo aparece en el agua una espuma densa y maloliente y se produce un drástico descenso del oxígeno disponible, necesario para otras formas de vida acuática. 

Los ficocoloides  tienen menos interés que el de algas rojas y pardas pero  estas algas tienen otros usos: agropecuario, alimentación humana, sistemas de regeneración ambiental (depuración de efluentes) y en la industria farmacéutica.

USOS DE LAS ALGAS

Desde  tiempos  pasados , el hombre  ha usado las algas con distintos fines . En China desde el año 2700 A.C. y los griegos  y romanos las usaban como alimentación, para el forraje como plantas medicinales y en cosmética.  Los aztecas empleaban la cianobacteria Spirulina,  que recolectaban el lago  Texcoco, como complemento proteico. Actualmente tienen usos industriales, agropecuarios, alimentación, médico-farmacológicos y en restauración medioambiental. La cantidad de algas transformadas en todo el mundo es del orden de 7 billones de toneladas de peso fresco , siendo los países asiáticos los productores de casi el 80 % de las materias primas.

USOS INDUSTRIALES: FICOCOLOIDES 

De  las paredes de lagas rojas se extra los polisacáridos agar y carrgenatos , mientras que de la de algas pardas se extraen los alginatos.

El agar se añade como aditivo  gelificante y espesante  (Código E-406) en gran cantidad de alimentos (confituras, merengues , helados etc. ) . También se emplea por la industria fotográfica (estabiliza la nitroglicerina) , industria  biotecnológica (agarosa para separaciones cromatográficas y electroforéticas). Las especies más empleadas en la extracción de agar pertenecen al género Gelidium, Pterocladiella , Gelidiella y Gracilaria.

              Los carragenatos , son poligalactanos , polímeros lineales de moléculas alternadas de D-galactosa y 3-6 anhidro-D- Galactosa unidas por enlace a 1-3 y b 1-4 . El carácter hidrofílico y la solubilidad   lo dan los grupos sulfatados en las moléculas de galactosa . las propiedades espesantes y gelificantes las hacen muy útiles en la industria alimentaria, el 80% del carreganato extraído en el mundo se emplea como espesante  y agente estabilizante (E-407) en productos lácteos, postres de tipo gelatina, jugos de fruta, mermeladas, helados etc.  Otro usos son  en cosmética (pasta de dientes, barras aerosoles) e industria farmacológica (contra úlceras gástricas e infecciones víricas).  Se usan unas 15 especies en al extracción de carragenatos destacando Chondrus crispus, Mastocarpus stellatus, Euchema sp , esta última se cultiva en Filipinas e Indonesia y contribuyen alrededor de un 80% de la producción mundial.

              Los alginatos , son polisacáridos constituidos por unidades de b-D-manurónico y a-L- Gulurónico. Disueltos en una pequeña cantidad de agua tienen un gran poder espesante , gelificante  y estabilizante. El 50 % del alginato extraído se emplea en la industria textil ,  un 30% en la industria alimentaria con los códigos : E-401, E-402, E-403, E-404, E-405 y E-405) ya que aportan textura y consistencia evitando la formación de cristales de  hielo, el resto se usa en la industria celulosa (suavizar la superficie del papel), industria farmacéutica (excipientes y preparación de apósitos) e industria  cosmética (jabón , champús , barras de labios, espumas de afeitar)  . De las 300 especies potencialmente útiles se utilizan unas 12 , destacando Macrocystis pyrifera, Laminaria hyperborea, Laminaria digitata, Saccorhiza polyschides, Ascophyllum nodosum y  Fucus sp.. 

USOS AGROPECUARIOS

Los arribazones de algas han constituido una fuente de abono  para las tierras de cultivo. Aparte de abonar las algas mejoran las características nutritivas del suelo e impiden el crecimiento de malas hierbas. Se emplean también como complemento en la dieta del ganado . Actualmente hay empresas que fabrican harinas de algas para ser suministradas al ganado.

USOS ALIMENTARIOS 

Tabla 1 . Producción de algas como alimento (1991)

Son apreciadas por sus propiedades nutritivas y características organolopédicas. Algunas algas poseen  características nutritivas de gran interés en comparación con vegetales terrestres (Tabla 2) 

Tabla  2.  Contenido nutricional en diversos vegetales terrestres (expresado como g de producto comestible por 100 g) y en diversas algas (expresado como g por 100 g de peso seco)

 Tabla 3 . Uso de distintas algas y sus características específicas culinarias

USOS FARMACOLÓGICOS

La aplicación en la medicina tradicional  es muy común en el sudeste asiático . En la industria farmacológica su uso está relacionado con su poder gelificante , sin embargo también se han encontrado actividad antitumoral, antioxidante , anti-úlceras etc.

La  utilización terapéutica de las algas está extendida en homeopatía : Así el musgo de irlanda (Chondrus crispus) produce una gran cantidad de mucílago que le confiere propiedades emolientes, laxantes y expectoantes y contra el estreñimiento crónico,  extractos de  laminaria (Laminaria sp.) dilata los conductos del organismo (p.e. cuello del útero)  y el sargaso vejigoso (Sargassum sp. , Fucus vesiculosus) combate paperas, infartos glandulares , la gota y la obesidad . Se está investigando la eficacia de las algas contra ciertas afecciones y enfermedades: trombosis , colesterol, trastornos gástricos y vesiculares, astenias, reumatismo  y  espamofilia.

 USOS COSMÉTICOS

Las aplicaciones cosméticas son las más conocidas , se emplean en cremas, mascarillas, champúes , lociones etc. La acción benéfica de las algas se manifiesta sobre todo en el tratamiento de uñas rotas, acné, caída del cabello, antiarrugas, seborrea, y barros.

USOS EN RESTAURACIÓN MEDIOAMBIENTAL  Y ACUICULTURA

CARACTERIZACION BIOQUIMICA DEL ALGA GIGARTINA CHAMISSOI

El presente trabajo de investigación pretende contribuir al conocimiento de la composición bioquímica del alga roja Gigartina chamissoi haciendo uso y adaptando metodologías básicas y no muy complicadas, empleadas en Bioquímica para el análisis de vegetales, permitiendo conocer su composición química proximal, el contenido de ciertos minerales y vitaminas, teniendo como finalidad la revaloración de este recurso como fuente de principios inmediatos o de elementos biogenésicos.

      De esta manera se podrá evaluar esta alga como una nueva fuente alimenticia y su valoración como insumo en las diferentes ramas industriales. Se espera también que los resultados de este trabajo puedan ser empleados para posteriores estudios en Quimiotaxonomía de algas.

MATERIALES Y MÉTODOS

1.   Material

1.1 Material biológico

Las algas analizadas fueron recolectadas en la Bahía de Ancón en la zona conocida como playa de San Francisco (11° 45.9 S 77° 11.7 W) durante el periodo correspondiente a los meses de Octubre y Febrero. En la recolección se empleó la técnica conocida como "arrancado", en las cuales los ejemplares son extraídos muy cerca del órgano de fijación. Las algas recolectadas fueron lavadas en el agua de mar, transportadas después al laboratorio, lavadas nuevamente varias veces con agua potable a fin de eliminar el contenido de arena, pequeños animales marinos, conchillas, y toda materia extraña perceptible macroscópicamente.

Las algas ya limpias, fueron cortadas en pequeños trozos, sometiéndolas a secado ambiental por unas 4 horas y desecación en estufa a temperatura de 30°C por 24 horas. Una vez secas fueron pulverizadas hasta la obtención de pequeños gránulos.

Para su empleo en las determinaciones bioquímicas el material biológico (pulverizado) fue sometido a continuos lavados con agua destilada a 37°C, a fin de desminuir el alto contenido de polisacárido, el cual podría interferir en la determinación: luego las algas son sometidas a secado a estufa a una temperatura de 20°C por 24 horas.