Algen sind grün und sehen aus, wie Pflanzen – also sind sie auch Pflanzen. Richtig? So einfach kann man das aus biologischer Sicht nicht sagen. Algen sind nur dadurch charakterisiert, dass sie im Wasser leben und Photosynthese betreiben können. Sie sind eine so breit gefächerte Gruppe von Lebewesen, dass sie im Stammbaum der Lebewesen (phylogenetischer Stammbaum) keiner bestimmten Spezies zugeordnet werden können, sondern eher aus vielen Gruppen und Arten bestehen, die alle ein paar Gemeinsamkeiten besitzen.
Algen – Definition
Im Folgenden wirst Du die Eigenschaften erfahren, die Lebewesen aufweisen müssen, um als Algen eingeordnet zu werden. Alle Algen sind eukaryotische Lebewesen. Das heißt, dass ihre Zellen einen Zellkern besitzen.
Andere Eukaryoten sind z. B. Pflanzen, Tiere und Pilze. Das Gegenstück zu Eukaryoten sind Prokaryoten, zu denen Bakterien zählen. Falls Du Dich näher für die genaue Unterteilung interessierst, findest Du in der StudySmarter Erklärung zu "Prokaryoten und Eukaryoten im Vergleich" nähere Informationen.
Außerdem leben Algen normalerweise im Wasser. Dabei ist nicht genauer spezifiziert, ob sie im Süß- oder Salzwasser leben müssen. Du kannst ihnen also sowohl im Meer, als auch auf einer Terrasse begegnen, bei der das Regenwasser nicht richtig abfließt und sich ansammelt. Sogar im Schnee auf Gletschern wurden schon Algen gefunden.
Eine weitere wichtige Voraussetzung für die Einteilung als Alge ist ihre Fähigkeit, Photosynthese zu betreiben.
Als Photosynthese wird die Fähigkeit von Pflanzen, Algen und manchen Bakterien bezeichnet, mithilfe von Lichtenergie chemische Energie herzustellen. Dabei werden oft Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser genutzt, um Kohlenhydrate und Sauerstoff zu produzieren.
Da für Photosynthese Licht benötigt wird, sind Meeresalgen vornehmlich in niedrigeren Bereichen des Meeres zu finden, in die Tageslicht vordringen kann.
Algen – Arten
Da Algen keine einheitliche Spezies darstellen, können sie in unterschiedliche Gruppen eingeteilt werden, die außer ihren zwingenden Eigenschaften nicht viel gemeinsam haben. Zunächst können Algen anhand ihrer Größe und Vielzelligkeit in zwei verschiedene Algenarten eingeordnet werden.
Mikroalgen
Mikroalgen sind so klein, dass sie nur unter einem Mikroskop sichtbar sind. Das liegt daran, dass sie oft nur Einzeller sind.
Einzellige Lebewesen bestehen – wie der Name schon verrät – aus nur einer Zelle anstelle aus ganzen Zellverbänden. Die StudySmarter Erklärung zu einzelligen Eukaryoten kann Dir mehr Information zu diesen Lebewesen liefern.
Einzellige Algen besitzen oft Geißeln. Das kannst Du Dir wie eine kleine Flosse vorstellen, die rotiert werden kann und der Fortbewegung der Zelle dient.
Makroalgen
Anders als Mikroalgen sind Makroalgen mit dem bloßen Auge sichtbar und bestehen vielen Zellen, die teilweise unterschiedliche Aufgaben erhalten. Die typischen Algen im Meer, die sich einem beim Badeurlaub um die Füße schlingen, sind also Makroalgen.
Gruppen der Algen & Algen-Aufbau
Außer der Einordnung nach Vielzelligkeit können Algen auch in verschiedene Gruppen unterteilt werden, die sich evolutionär unabhängig voneinander entwickelt haben. Diese Gruppen werden oft nach den Farben benannt, in denen sie hauptsächlich erscheinen. Die häufigsten Gruppen und ihre Eigenschaften wirst Du im Folgenden kennenlernen.
Grünalgen
Grünalgen sind die häufigste vorkommende Algengruppe. Etwa 60 % der im Süßwasser vorkommenden und 40 % der im Meer vorkommenden Algenarten zählen zu den Grünalgen. Oft stellt man sich unter Grünalgen die in Gewässern sichtbaren grünen Algen vor, allerdings existieren auch viele einzellige Arten von Grünalgen.
Abbildung 1: Abbildung einer Grünalge
Mit grünen Landpflanzen haben Grünalgen gemeinsame Vorfahren, sie entwickelten sich allerdings weitestgehend unabhängig voneinander. Um Photosynthese betreiben zu können, besitzen Grünalgen – ebenso wie grüne Landpflanzen – Chlorophyll a und b.
Photosynthese wird betrieben, indem verschiedene Farbpigmente, wie Chlorophyll oder Karotin, Lichtenergie aufnehmen und bis zu Reaktionszentren weiterleiten, in denen diese Energie umgewandelt werden kann. Die Farbpigmente haben aber auch den Effekt, dem Organismus, in dem sie sich befinden, eine Färbung zu verleihen. Chlorophyll a und b erzeugen eine grüne Farbe, was charakteristisch für Grünalgen und grüne Landpflanzen ist.
Für genauere Informationen, was die verschiedenen Arten von Chlorophyll unterscheidet, und wie genau sie ihre Aufgabe überhaupt erfüllen, schau doch mal in der StudySmarter Erklärung zu Chlorophyll vorbei!
Braunalgen
Braunalgen sind eine sehr diverse Gruppe der Algen und haben mehr als 2000 verschiedene Spezies. Ihre Besonderheit besteht darin, dass sie sich schon sehr früh – vor etwa 1 Milliarde Jahre – von anderen einzelligen Eukaryoten abgespalten und sich unabhängig von Tieren und Landpflanzen entwickelt haben. Nach dieser Abspaltung entwickelten sie sich eigenständig zu mehrzelligen Organismen.
Die meisten Braunalgen wachsen in kalten bis gemäßigten Meeren und haften dort an Steinen oder Felsen. In Form von Kelpwäldern können Braunalgen ganze Untersee-Wälder bilden, in denen viele Tiere Schutz und Lebensraum finden.
Abbildung 2: Foto eines Kelp-Waldes
Auch Braunalgen besitzen Chlorophyll, genauer gesagt die Formen Chlorophyll a und Chlorophyll c. Der grüne Farbstoff wird allerdings von Fucoxanthin überdeckt, einem bräunlichen Farbstoff.
Rotalgen
Rotalgen kommen vorwiegend in flachen Gewässern vor – also in küstennahen Gewässern – oder auch in Fließgewässern wie Flüssen/Bächen. Sie kommen in gemäßigten bis tropischen Gewässern vor, stellen in den Meeren allerdings die häufigste Algengruppe dar.
Je nach der Tiefe des Gewässers, in dem sie sich befinden, kann die rötliche Färbung dieser Algen leicht variieren. Die Farbstoffe in niedrigerem Gewässer (blaues Phycocyanin und orange Carotinoide) verleihen den Rotalgen in Kombination mit Chlorophyll rotbraun bis olivgrüne Färbungen, während sie in tieferen Gewässern eher rot bis violette Färbungen annehmen (durch rotes Phycoerythrin).
Die roten Farbstoffe ermöglichen es den Rotalgen, in noch tieferem Gewässer Photosynthese zu betreiben, als Braun- und Grünalgen. Sie sind dazu fähig, abgedunkeltes Licht zu verwerten, wie es in trüben Gewässern oder auch tiefen Gewässern vorkommt.
Kieselalgen
Kieselalgen werden auch als Diatomeen bezeichnet. Sie sind die Algengruppe mit den meisten Arten und treten als Einzeller mit den verschiedensten Formen auf. Kieselalgen sind besonders wichtig für das globale Ökosystem, da sie durch ihr großes Vorkommen für 25 % der gesamten Sauerstoff-Produktion auf der Erde verantwortlich sind.
Charakteristisch für Kieselalgen ist ihre Zellwand (Frustel). Diese besteht aus Siliziumdioxid (SiO2), was auch als Kieselsäure bezeichnet wird und den Kieselalgen ihren Namen verleiht. Durch ihre Schalen können Kieselalgen die unterschiedlichsten Formen annehmen: von rund bis stäbchenförmig, von plättchenartig bis S-förmig gewunden.
Abbildung 3: Anordnung verschiedenster Formen von Kieselalgen
Die außergewöhnlichen Formen verschiedener Kieselalgen-Arten wurde sich im 19. Jahrhundert zum Zeitvertreib zunutze gemacht. Der Optiker Johann Diedrich Möller war darauf spezialisiert, verschiedenste Kieselalgen wie ein Mandala anzuordnen und zu präparieren, sodass sie unter einem Mikroskop betrachtet werden konnten. Seine Präparate beinhalteten teilweise bis zu 4000 verschiedene, geometrisch angeordnete Kieselalgen. In wohlhabenderen Kreisen wurden diese Präparate als "Salonpräparate" genutzt, um bei gesellschaftlichen Zusammenkünften unter Mikroskopen betrachtet und bestaunt zu werden.
Blaualgen
Lass Dich nicht von diesem Begriff verwirren – Blaualgen sind genau genommen gar keine Algen, auch wenn sie lange Zeit dafür gehalten wurden. Sie sind blau, betreiben Photosynthese und leben im Wasser. Wieso sind sie dann keine Algen? Ganz einfach, sie sind keine Eukaryoten, sondern Prokaryoten – also eine Bakterienart, die auch als Cyanobakterien bezeichnet wird.
Die Vorläufer der Cyanobakterien waren vor einigen Milliarden Jahren mit dafür verantwortlich, dass durch Photosynthese große Mengen an CO2 in der Atmosphäre verbraucht und Sauerstoff freigegeben wurde. Diese Umwandlung machte es erst möglich, dass auf der Erde Leben entsteht, wie wir es heute kennen.
Algen Steckbrief
Zusammenfassend findest Du im Folgenden einen kleinen Überblick zu den Eigenschaften der angesprochenen Algengruppen:
| Gruppe | Vorkommen | Farbstoffe | Besonderheit |
| Grünalge | Süßwasser und kaltes bis gemäßigtes Meer | Chlorophyll a und b | häufigste Algengruppegemeinsame Vorfahren mit grünen Landpflanzen |
| Braunalge | meist in kaltem bis gemäßigtem Meer | Chlorophyll a und c, Fucoxanthin | sehr diverse Algengruppehat sich seit 1 Mrd. Jahren selbstständig zur Mehrzelligkeit entwickelt |
| Rotalge | meist in gemäßigtem bis tropischem Meer | Chlorophyll a, Carotinoide, Phycocyanin, Phycoerythrin | häufigste Algengruppe im Meerkann in trüben/tiefen/dunklen Gewässern Photosynthese betreiben |
| Kieselalge | Süßwasser und Meer | Chlorophyll a und c, Fucoxanthin | diverseste Algengruppe, Einzellersind für großen Teil der globalen Sauerstoff-Produktion verantwortlich |
Algen – Fortpflanzung
Da Algen keine einheitliche Gruppe darstellen, unterscheidet sich auch ihre Fortpflanzung. Dabei treffen verschiedene Fortpflanzungskonzepte zu. Um zu verstehen, wie die Fortpflanzung von Algen geschieht, sollte Dir zunächst klar sein, inwiefern sich die Verteilung der Chromosomensätze unterscheiden kann.
Für die folgenden Arten der Fortpflanzung ist es hilfreich, ein Verständnis von haploiden und diploiden Chromosomensätzen zu haben. Ist es schon länger her, dass Du Dich mit solchen Themen beschäftigt hast? Dann auf! Schau doch mal in der StudySmarter Erklärung zu Haploid und Diploid und zur Meiose vorbei!
Diploider Lebenszyklus
Organismen mit einem diploiden Lebenszyklus (Diplonden) haben einen diploiden Chromosomensatz in allen Zellen, außer in ihren Keimzellen.
Keimzellen – oder auch Gameten – sind die Geschlechtszellen von männlichen und weiblichen Organismen. Beim Menschen wären das die Eizelle und das Spermium.
Die Keimzellen beinhalten stattdessen einen haploiden Chromosomensatz. Dieser entsteht durch die Meiose und verändert sich durch die Befruchtung der weiblichen mit der männlichen Keimzelle wieder zu einer Zygote mit diploidem Chromosomensatz.
Als eine Zygote wird eine diploide Zelle bezeichnet, die durch die Verschmelzung zweier Keimzellen entsteht. Beim Menschen wäre das die befruchtete Eizelle.
Die meisten Tiere – also auch Menschen – haben einen diploiden Lebenszyklus.
Haploider Lebenszyklus
Organismen mit einem haploiden Lebenszyklus (Haplonden) sind das genaue Gegenteil von Diplonden. Mit Ausnahme ihrer diploiden Zygote sind alle anderen Zellen dieser Organismen haploid. Die Keimzellen sind in diesem Fall also auch haploid, vereinigen sich zu einer diploiden Zygote und diese bildet durch Meiose haploide Zellen. Die haploiden Zellen sind dazu fähig, einen mehrzelligen Organismus zu formen.
Einige Arten von Grünalgen haben haploide Lebenszyklen.
Heterophasischer Lebenszyklus
Organismen mit einem heterophasischen Lebenszyklus werden auch als Diplohaplonden oder Haplo-Diplonden bezeichnet. Organismen mit einem haploiden Lebenszyklus sind – wie der Name schon verrät – also eine Mischung aus Haplonden und Diplonden. Das Besondere an Diplohaplonden ist, dass die aufeinanderfolgenden Generationen abwechselnd einen diploiden und einen haploiden Lebenszyklus vollenden.
- Generation: haploider Lebenszyklus. Fortpflanzung geschieht durch männliche und weibliche Keimzellen (Gameten), die eine diploide Zygote bilden. Generation wird auch als Gametophyt bezeichnet.
- Generation: diploider Lebenszyklus: Fortpflanzung geschieht durch Bildung haploider Sporen nach der Meiose durch ungeschlechtliche Fortpflanzung. Generation wird auch als Sporophyt bezeichnet.
- Generation: siehe 1. Generation.
Sporen sind meist einzellig und pflanzen sich ungeschlechtlich fort. Das heißt, dass sie kein Gegenstück mit anderem Geschlecht benötigen, um sich fortzupflanzen. Pilze vermehren sich z. B. über Sporen. Mehr über diese Art der Vermehrung findest Du in der StudySmarter Erklärung zur ungeschlechtlichen Fortpflanzung.
Diplohaplonden bilden also Organismen, deren Zellen sowohl haploide als auch diploide Chromosomensätze besitzen können. Eine weitere Besonderheit ist, dass zwei aufeinanderfolgende Generationen (Gametophyten und Sporophyten) jeweils völlig verschiedenes Aussehen haben können (Heteromorphie).
Einige Arten von Grünalgen habe, heterophasische Lebenszyklen, ebenso wie Braunalgen und Rotalgen.
Viele Rotalgen weisen eine ganz besondere Form der heterophasischen Fortpflanzung auf: Sie ist nicht in zwei, sondern drei abwechselnde Phasen unterteilt. Dabei folgen auf einen haploiden Zyklus zwei diploide Zyklen.
Algen – Photosynthese
Wie bereits erwähnt, haben Algen eine wichtige Bedeutung für die Bindung von Kohlenstoffdioxid (CO2). Durch den Prozess der Photosysnthese können Algen CO2 verarbeiten und den Kohlenstoff daraus in Form von Biomasse binden.
Es wird geschätzt, dass einzellige Algen pro Jahr bis zu 50 Gigatonnen Kohlenstoff binden.
50 Gigatonnen sind 50 Milliarden – also 50.000.000.000 Tonnen. Zum Vergleich: Eine Gigatonne Wasser passt in einen Würfel, der jeweils 1 Kilometer lang, breit und hoch ist.
Wenn die Algen absterben, sinken ihre Überreste in Form von Meeresschnee zu Boden und können dort Millionen von Jahren überdauern. Im Laufe der Zeit werden ihre Überreste unter dem hohen Wasserdruck zu Erdöl und Erdgas umgewandelt.
Rot- und Grünalgen – Verwendung
Vor allem Rotalgen finden Gebrauch in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens. Eine große Rolle spielt ihre kulinarische Verwendung: Viele küstennahe Kulturen nutzen Rotalgen für verschiedene Gerichte. Vielleicht hast auch Du schon einmal Sushi gegessen. Die dafür verwendeten Noriblätter bestehen aus Rotalgen. Aus Grünalgen werden oft Salate oder Ähnliches zubereitet.
Für die Mikrobiologie (biologische Erforschung der Mikroorganismen) haben Rotalgen außerdem eine unglaublich wichtige Rolle: Bakterien werden oft in Petrischalen wachsen gelassen, um sie für Experimente nutzen zu können. Für ihr Wachstum benötigen die Bakterien natürlich auch Nährstoffe. Diese sind im sogenannten Agar enthalten, den die Petrischalen beinhalten und der aus Rotalgen hergestellt wird. Du kannst es Dir ein wenig so vorstellen wie Gelatine. Die Bakterien können den Agar nicht verdauen, dafür aber die Nährstoffe, die ihm beigesetzt werden.
Auch in der Molekularbiologie müssen oft Samen zu Pflanzen angezogen werden, wobei Agar als ein Nährmedium genutzt wird. Zusätzlich wird für die Durchführung von Gelelektrophoresen ein Agarose-Gel benötigt, dessen Hauptbestandteil Agar ist.
Gelelektrophoresen sind eine unverzichtbare Methode bei der Arbeit mit DNA. Sie erlauben es, DNA-Fragmente der Größe nach zu ordnen und ihre Größe zu bestimmen. Falls Dich näher interessiert, wieso diese Methode überhaupt benötigt wird und wie sie genau abläuft, dann schau doch mal in der StudySmarter Erklärung zur Gelelektrophorese vorbei!
Da noch nicht so viel über Algen bekannt ist, wie über Pflanzen oder Tiere, sind sie zurzeit Gegenstand vieler Forschungsbereiche. Unter anderem wird bekannt, wie zukunftsträchtig Algen eigentlich sein können. Zum Beispiel wird ihr Nutzen zur Abwasserfilterung, Filterung von anderweitig verunreinigtem Wasser, Energiegewinnung oder als Material aus Naturfasern erforscht.
Algen – Das Wichtigste
- Algen sind Photosynthese-betreibende Lebewesen, die meistens im Wasser leben. Sie können mehr- oder auch einzellig auftreten.
- Algen sind keine einheitliche Gruppe, sondern haben sich im Laufe der Evolution aus verschiedenen Bereichen des Stammbaums der Lebewesen entwickelt.
- Die häufigsten Gruppen an Algen sind Braunalgen, Rotalgen, Grünalgen und Kieselalgen (Blaualgen).
- Algen können durch ihre Fähigkeit, Photosynthese zu betreiben, CO2 aus der Luft filtern und Sauerstoff herstellen.
- Algen pflanzen sich oft heterophasisch fort. Das heißt, dass ihre Generationen abwechselnd haploide und diploide Lebenszyklen haben. Die Generationen können daher auch abwechselnd unterschiedlich aussehen.
Nachweise
- Pereira, L.; Neto, J. M. (Eds.). (2014). Marine algae: biodiversity, taxonomy, environmental assessment, and biotechnology. CRC Press.
- Trillo, Inaki Ruiz; Nedelcu, Aurora M (2015). Evolutionary transitions to multicellular life: Principles and mechanisms. Springer.
- Jahn, R. et al. (2021). Kieselalgen – winzig, aber wichtig: Biodiversität und Sauerstoffproduktion in einer Glasschachtel. Biologie in unserer Zeit.
- Abb. 1: Grünalgen (https://pxhere.com/en/photo/1612491) von Chung Kevin (https://pxhere.com/en/photographer/3104787) unter der Lizenz CC 0.
- Abb. 3: Mikroskop-Diatomeen Übersichtstafel (https://www.flickr.com/photos/10974451@N05/1018296920) von labormikro (https://www.flickr.com/photos/labormikro/) unter der Lizenz CC BY-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/?ref=openverse.)
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