Algen-Grundlagen

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Kapitel 1
Die winzige Pflanze, die unseren Planeten gerettet hat

Kapitel 2
Was hat es mit Algen auf sich?

Kapitel 3
Algengeschichte und -politik

Kapitel 4
Was sind die Wettbewerbsvorteile von Algen?

Kapitel 5
Algenklassifizierung

Kapitel 6
Auswahl der Algenarten

Kapitel 7
Algenanbau

Kapitel 8
Haben uns Algen zu Menschen gemacht?

Algen wandeln CO2 . um

Algen wandeln CO2 in eine Pflanzenbindung um und setzen O2 . frei

Algen-Grundlagen von Dr. Mark Edwards

KAPITEL 1: Die winzige Pflanze, die unseren Planeten rettete

Algae retteten unseren Planeten, indem sie unsere Atmosphäre in Sauerstoff umwandelten und Leben ermöglichten. Algen haben uns wieder gerettet, indem sie die erste Nahrung der Erde lieferten. Könnten Algen unseren Planeten noch einmal retten?

Die frühe Erde unterstützte weder Lebewesen noch Nahrung. Vor etwa 3.7 Milliarden Jahren gab es kein Leben, weil die Erdoberfläche zu heiß war und es keinen Sauerstoff gab. Die Erdatmosphäre bestand aus einer Decke aus tödlichem und wärmebindendem CO₂ und Methangas.

Fossile Aufzeichnungen zeigen, dass eine winzige Pflanze in der Ursuppe auftauchte und etwas Außergewöhnliches vollbrachte. Die Pflanze absorbierte die Sonnenenergie und nutzte eine chemische Reaktion, die Photosynthese, um ein CO₂- und ein Wassermolekül zu spalten. Die winzige Pflanze wandelte das Kohlenstoffatom in eine energiereiche grüne Pflanzenbindung, einen Kohlenwasserstoff, um, indem sie zwei Wasserstoffatome aus H₂O entnahm und das Sauerstoffmolekül an die Atmosphäre freisetzte. Algen hatten ihre Arbeit begonnen, um die Atmosphäre zu verändern.

Abiogenese, die Studie über die Entstehung des Lebens auf der Erde, verwendet eine Ursuppentheorie und legt nahe, dass die chemischen Bedingungen auf der Erde die wesentlichen Bausteine ​​des Lebens geschaffen haben. Während die Debatte darüber weitergeht, wie das erste Leben genau synthetisiert wurde, deuten Fossilien darauf hin, dass die erste Pflanzenzelle Cyanobakterien, auch bekannt als Blaualgen, die Größe eines Nanopartikels hatte, 5 µ (Mikron). Der Punkt am Ende dieses Satzes beträgt etwa 500 µ.

Algen sammelten systematisch Sonnenenergie, sequestrierten Kohlenstoffatome und setzten Sauerstoff frei. Algen bewegten sich mit der unglaublich langsamen Geschwindigkeit eines winzigen Moleküls auf einmal und verwandelten die raue Kohlendioxidatmosphäre, die kein Leben aufrechterhalten konnte, in eine Sauerstoffatmosphäre, die das Leben unterstützte. Algen brauchten weitere 3 Milliarden Jahre, um ausreichend Sauerstoff zu erzeugen, um andere Lebensformen zu unterstützen, da sich Landpflanzen erst vor etwa 500 Millionen Jahren aus Algen entwickelten.

Die atmosphärische Transformation der Algen ermöglichte die Entwicklung anderer Wasserpflanzen, Fische, Insekten, Landpflanzen, Amphibien, Reptilien und schließlich Landtiere. Obwohl Mikroalgen die kleinsten Pflanzen auf unserem Planeten sind, produzieren Algen täglich 70 % des Luftsauerstoffs, mehr als alle Wälder und Felder zusammen.

Das zweite Geschenk der Algen – Nahrung
Der Beitrag der Algen zu unserer sauerstoffreichen Atmosphäre wird durch die andere Gabe dieser winzigen Pflanze ergänzt – sie dient als Basis der Nahrungskette. Viele der frühesten Pflanzen und Wasserlebewesen waren auf Algen als Nahrungsquelle angewiesen. Algen dienen als nahrhafte Nahrung für alles, vom kleinsten Phytoplankton bis zum größten Säugetier der Erde, dem Großen Blauwal, denn die Pflanze bietet einen hervorragenden Satz an Proteinen, Mineralien und Vitaminen. Während Algen täglich CO₂ einfangen und reinen Sauerstoff freisetzen, liefert die grüne Biomasse Nahrung für 100-mal mehr Organismen als jede andere Nahrungsquelle auf der Erde.

Die brutalen Bedingungen auf der Erde bedeuteten, dass sich die ersten Algenzellen millionenfach entwickeln und neu entwickeln mussten, als ihre Mikroumgebungen mit Gewittern und starker Hitze zusammenbrachen, gefolgt von Frost und Meteoritenschauern überhitzter Gesteine. Algen zeigten eine unglaubliche Ausdauer und entwickelten eine Vielzahl von Abwehrmechanismen, die es den Pflanzen ermöglichten, zu überleben und sich zu vermehren. Die Fähigkeit der Algen, sich schnell anzupassen, um zu überleben, führte zu schätzungsweise 10 Millionen Algenarten, jede mit einzigartigen Wachstumsfähigkeiten und Biomassezusammensetzung.

Da Algen die unterste Stufe der Nahrungskette bildeten, entwickelten sie eine brillante Überlebensstrategie – die Fähigkeit, schneller zu wachsen, als ihre Räuber fressen konnten. Die Pflanzenfresser, die sich von Algen ernährten, fraßen viele, aber nicht alle der schnell wachsenden Pflanzen. Die Fähigkeit, sich schneller zu vermehren, als ihre Feinde sie verschlingen könnten, schuf einen enormen Wettbewerbsvorteil und sicherte das Überleben der Algen. Algen waren möglicherweise das erste kostenlose Mittagessen, da viele Arten die Fähigkeit entwickelt haben, ihre Biomasse vor Mittag zu verdoppeln. Eine einzige Algenzelle kann an einem Tag eine Million Nachkommen hervorbringen.

Algenblüten waren in alten Ozeanen, Seen und Teichen weit verbreitet. Die fossilen Brennstoffe, die wir heute verbrennen, bestehen hauptsächlich aus versteinerten Algen. In der Schule wird Kindern beigebracht, dass Rohöl von Dinosauriern stammt, aber Dinosaurier durchstreiften die Erde etwa 200 Millionen Jahre zu spät, um die bevorzugte Biomasse für fossile Brennstoffe zu werden.

Die meisten Algenarten sind so winzig, dass sie nur unter dem Mikroskop sichtbar sind. Algen können sich jedoch in sichtbaren und essbaren Formationen gruppieren, bündeln, bündeln oder wachsen. Algen sind normalerweise schwerer als Wasser und setzen sich ab, wodurch eine grüne Schneeschicht auf dem Boden eines Teiches entsteht. Die grüne Sonnenenergie der Algen treibt täglich das Wachstum von Billionen von Organismen an, da die gespeicherte Energie der Algen in der Nahrungskette nach oben wandert.

Meeresalgen, Algen oder Makroalgen genannt, wachsen oft zu Formen, die das Aussehen von Landpflanzen mit Pseudowurzeln, Stämmen und Blättern haben. Diese parallele Evolution ermöglicht es Meeresalgen, so groß wie Bäume zu werden. Makroalgen werden oft direkt von Fischen und Säugetieren wie Seeottern, Seekühen, Delfinen und Walen gefressen. Makroalgen liefern eine Vielzahl von leuchtenden Farben für die Ozeane und weit mehr Biomasse, als Pflanzenfresser fressen können.

Algen wachsen in Wäldern unter den Polkappen, in Böden unter Gletschern, in den heißesten und trockensten Wüsten sowie in Tümpeln, Aquarien und Wasserwegen. Die Einfachheit der Algen macht diese Pflanzen unglaublich robust; sie überleben nicht nur, sondern produzieren auch in extrem rauen Umgebungen hochwertige Biomasse. Die härtesten Umgebungen, die es heute auf der Erde gibt, scheinen einer Pflanze, die die harten Umweltbedingungen vor Milliarden von Jahren überlebt hat, wahrscheinlich zahm zu sein.

Reichlich Inputs
Algen verbrauchen reichlich und oft überschüssige Inputs, einschließlich Sonnenschein, CO₂ und Abfall, Sole oder Meerwasser. Die Algenphotosynthese entzieht dem umgebenden Wasser CO₂ und Nährstoffe und produziert pflanzliche Biomasse aus verschiedenen Formen von Lipiden (Ölen), Proteinen und Kohlenhydraten. Der Prozess setzt beträchtlichen reinen Sauerstoff an die Atmosphäre frei.

Algen verwenden reichlich und billige Inputs

Algen verwenden reichlich und billige Inputs

Algen dienen vielen Organismen in natürlichen Umgebungen ohne menschliche Kultivierung als Hauptnahrungsquelle. Wildalgen, die in natürlichen Umgebungen wachsen, produzieren ein unglaublich schnelles Biomassewachstum, sind jedoch weder zuverlässig noch nachhaltig, da die Produktion normalerweise aufgrund von Nährstoffbeschränkungen oder Raubtierangriffen zusammenbricht. Die Kultivierung von Algen in Teichen, Trögen oder Containern ermöglicht erhebliche Produktivitätssteigerungen gegenüber Wildalgen, da ausreichend Nährstoffe bereitgestellt und Räuber bekämpft oder vermieden werden können.

Die häufigste Nährstofflimitierung in natürlichen Umgebungen erfolgt durch Kohlenstoff, Stickstoff oder Phosphor. Anorganische Nährstoffe wie Stickstoff stehen nur in dem Maße zur Verfügung, wie sie als freie Ionen im Wasser verdünnt vorliegen. Algen können jedoch in natürlichen Umgebungen wie Lagunen die verfügbaren Ionen schnell verbrauchen. Auch hier haben sich Algen strategisch angepasst, und viele Arten haben die Fähigkeit, organische Nährstoffe aus biologischer Biomasse oder anderen Abfällen zu verbrauchen.

Könnten uns Algen wieder retten?
Bescheidene Algen retteten unseren Planeten, indem sie zwei Pfund CO₂ in jedem Pfund Algenbiomasse binden. Heutzutage tragen unsere Atmosphäre und unsere Ozeane enorme Mengen an CO₂ durch die vom Menschen verursachte Verschmutzung durch fossile Brennstoffe. Algen könnten eine Rolle bei der Rettung unseres Planeten spielen, indem sie die atmosphärische Kohlenstoffbelastung reduzieren. Algen können auch Treibhausgase reduzieren, indem sie kohlenstoffneutrale flüssige Transportkraftstoffe herstellen, die atmosphärischen Kohlenstoff recyceln und gleichzeitig fossile Transportkraftstoffe verdrängen. COXNUMX-neutrale Kraftstoffe werden aus Algenrohstoffen hergestellt, wenn die Anbau-, Ernte- und Raffinationsenergie aus erneuerbaren Quellen wie Sonne, Wind, Wellen, Geothermie oder Algenöl stammt.

Algenkraftstoffe bieten einen erheblichen Vorteil, da sie sauber verbrennen, ohne schwarze Rußpartikel. Die Verschmutzung mit schwarzem Ruß, die Lungenkrankheiten, Atemwegserkrankungen und Krebs verursacht, stammt aus der Fossilisierung von Algen in Rohöl, Kohle und Schiefer über 400 Millionen Jahre. Algenbrennstoffe werden innerhalb weniger Wochen hergestellt und sind nicht versteinert, so dass sie ähnlich wie ihre landbasierten Cousins ​​​​- Pflanzenöl sauber verbrennen.

Algen versprechen dringend benötigte Lösungen für unsere zunehmend heißen, überfüllten, hungrigen und energieverbrauchenden Gesellschaften. Die vor uns liegende Gelegenheit besteht darin, Algen auf eine Weise zu kultivieren, die Menschen weltweit dazu bringt, nachhaltige und erschwingliche Lebensmittel und Energie für die Bedürfnisse ihrer Familie und ihrer Gemeinschaft vor Ort zu produzieren.

KAPITEL 2: Was hat es mit Algen auf sich?

Spirulina-Kekse

Spirulina-Kekse. Foto mit freundlicher Genehmigung: thedorkyfrench.com

Wertschöpfungskette von Algen.
A lgae ist vielleicht der beste Freund der Menschheit. Algen können nachhaltige und erschwingliche Nahrung und Treibstoff sowie ökologische und neuartige Lösungen liefern. Alle Nahrungsmittel, Fasern oder Materialien, die aus landgestützten Pflanzen hergestellt werden können, können aus Algen hergestellt werden, da sich Landpflanzen vor 500 Millionen Jahren aus Algen entwickelt haben. Algen bieten eine viel breitere Palette an Farben, Texturen, Geschmacksrichtungen und Verbindungen als Landpflanzen. Alle Brennstoffe, Kunststoffe oder andere Materialien aus fossilen Brennstoffen können aus Algen hergestellt werden, da fossile Brennstoffe einfach versteinerte Algen oder die Organismen sind, die Algen fressen.

Das nützlichste Algenattribut ist nicht, dass wir fast alles aus Algen machen können. Was Algen von Landpflanzen und fossilen Brennstoffen unterscheidet, ist die Art und Weise, wie die Algen Nahrung, Energie und Nebenprodukte hergestellt werden. Unsere Atmosphäre ist mit CO₂ überladen, das auf natürliche Weise recycelt oder durch Algenproduktion sequestriert wird. Nahrungspflanzen werden mit der globalen Erwärmung versagen, aber Algen gedeihen bei Hitze. Unsere Welt hat nicht genügend Ackerland für Nahrungspflanzen, aber Algen können auf Nicht-Ackerflächen zusätzliche Nahrung und Energie produzieren.

Weltweit leiden Gesellschaften unter einem Mangel an Süßwasser, doch Algen gedeihen in Abfall, Sole oder Meerwasser. Wir haben Peak Oil bereits überschritten und Algen können flüssige Kraftstoffe für den Transport zu geringeren Kosten bereitstellen als beim Abbau von Rohöl. Landwirte sehen sich mit einem gravierenden Mangel an natürlichen Ressourcen wie Phosphor konfrontiert, den Algen zurückgewinnen und Nährstoffe aus tierischen und menschlichen Abfallströmen recyceln und wiederverwenden können.

Der Algenanbau kann wertvolle Biomasse ohne oder mit minimalen fossilen Ressourcen produzieren, die mit landgestützten Nahrungspflanzen konkurrieren und keine fruchtbaren Böden, kein Süßwasser, fossile Brennstoffe, Düngemittel und fossile Agrarchemikalien benötigen. Die gemeinsame Algenproduktion auf Farmen oder auf kommunalen Mülldeponien ermöglicht es den Algen, diese teuren Abfallströme von einem Kosten- in ein Profitcenter zu verwandeln, das Energie, Tierfutter und reichhaltigen organischen Dünger liefert. Die gemeinsame Ansiedlung der Algenproduktion in der Nähe von Kohlenstoffquellen wie Kraftwerken oder Zementwerken oder Brauereien bietet neben der Biomasseproduktion für Biokraftstoffe und wertvolle Nebenprodukte potenzielle Lösungen für die Umweltverschmutzung. Während Algen Luft und Wasser reinigen, wandelt die grüne Biomasse CO₂ und Abfallnährstoffe in wertvolle Zucker, Proteine, Lipide, Kohlenhydrate und andere organische Verbindungen um.

O Unsere derzeitigen Nahrungs- und Transportsysteme belasten Luft, Böden und Wasser massiv. Algen können klimaneutrale Lebensmittel und Kraftstoffe mit einem positiven ökologischen Fußabdruck produzieren. Unsere derzeitigen Kraftstoffe verbrennen und geben schmutzige schwarze Rußpartikel ab, aber Algen verbrennen sauber. Algenbrennstoffe werden in wenigen Wochen hergestellt und haben 300 Millionen Jahre lang keine tiefe und schmutzige Fossilisierung erlitten. Algenbrennstoffe verbrennen sauber, da sie im Wesentlichen Pflanzenöl sind.

Algen machen faszinierende Forschungen, denn laut dem führenden Lehrbuch Algen von James Graham, Lee Wilcox und Linda Graham, wird geschätzt, dass 10 Millionen Algenarten existieren. Wahrscheinlich müssen noch 90% aller ihrer speziellen Verbindungen entdeckt, beschrieben und kultiviert werden. Algen produzieren weit mehr Verbindungen als in Landpflanzen oder Tieren gefunden, weil es so viel mehr Algenarten gibt als andere Organismen. Algen profitieren von mehr als 3 Milliarden Jahren Anpassung und Evolution als Landpflanzen und haben ausgeklügelte Überlebensstrategien entwickelt, um ihr Wachstum und ihre Vitalität zu maximieren und Raubtiere abzuwehren.

Algenbestandteile sind bereits in unseren Lebensmitteln, Futtermitteln, Kosmetika und Arzneimitteln integriert. Ein Warenkorbtest der Arizona State University ergab, dass fast 70 % der Produkte, die Verbraucher üblicherweise im Supermarkt kaufen, Algenbestandteile enthalten. Die meisten Menschen essen Algen nicht direkt, sondern genießen die Produkte, die aus Algenbestandteilen hergestellt werden, darunter: Algenmehl anstelle von Weizen-, Mais- oder Sojamehl; Algenöle, die gesünder und weniger fettend sind als Maisöl, und Algennährstoffe wie Omega-3-Fettsäuren.

Kalorienarme, köstliche Algenschokolade ermöglicht es den Verbrauchern, ihren Kuchen zu haben und ihn ohne Schuldgefühle aufgrund hoher Kalorien zu essen. Neben einem geringeren Fettgehalt und einem höheren Nährstoffgehalt als landbasierte Lebensmittel deuten Untersuchungen in Russland und Japan darauf hin, dass die Algen die Enzymaktivität in der Leber verändern können, die den Stoffwechsel von Fettsäuren steuert, was zu niedrigeren Fett-, Cholesterin- und Triglyceridwerten im Blut führt .

Schokoladen-Algenkeks
Algen sind einzigartig positioniert, um eine Wertschöpfungskette von Produkten und Lösungen für kritische menschliche Bedürfnisse bereitzustellen. Die Wertschöpfungskette umfasst nachhaltige Lebensmittel, Kraftstoffe, ökologische und neuartige Lösungen, die im Green Promise von Algae vertreten sind.

Das grüne Versprechen von Algen

Lebensmittel

  • Essen. Algen liefern proteinreiche, fettarme, nahrhafte, gesunde und köstliche Lebensmittel für den Menschen. Algen liefern mehr Vitamine, Mineralstoffe und Nährstoffe als Landpflanzen und sind ein natürliches, gesundes Nahrungsmittel. Algen bieten aufgrund ihrer wenigen Kalorien keine vollständige Lösung bei Mangelernährung.
  • Hinweis: Der Nährwert von Algen wird suboptimal sein, bis Lösungen für einige Schlüsselprobleme gefunden werden; machen harte Zellwände verdaulich und produzieren weniger Nukleinsäuren. Alle anderen grünen Versprechen warten nur auf kultivierte Algenproduktionssysteme im Makro- und Mikrobereich.
  • Inhaltsstoffe. Algenbestandteile verbessern etwa 70 % der Produkte in modernen Supermärkten, darunter Milchprodukte, Bier, Erfrischungsgetränke, Marmeladen, Backwaren, Suppen, Saucen, Tortenfüllungen, Kuchen, Zuckerguss, Farbstoffe, Geschwürmittel, Verdauungshilfen, Augentropfen, Zahncremes , Hautcremes und Shampoos.
  • Futter. Algen produzieren proteinreiches, kostengünstiges und nahrhaftes Tierfutter mit zahlreichen Vitaminen, Mineralstoffen und Nährstoffen. Der Ersatz der Hälfte der Futterkörner, die an Tiere verfüttert werden, die als US-Export verkauft werden, würde 20 Millionen Morgen Ackerland und mehrere Billionen Gallonen Süßwasser sparen. Die lokale Algenproduktion in Dörfern würde Millionen von Tieren ernähren und jährlich 20 Millionen Hektar Wald und Grasland vor der Wüstenbildung durch Tierfutter bewahren.
  • Fischerei. Algen liefern proteinreich; preiswertes, nahrhaftes Fischfutter, Vitamine und Nährstoffe. Algen können vor Ort im Wasser mit den Flossen- und Schalentieren gezüchtet werden. Fische neigen dazu, auf Algen schneller und vitaler zu wachsen als Landgetreide, da Fische Algen in ihrem natürlichen Lebensraum fressen.

Treibstoff

  • Kraftstoffe — Biodiesel. Direkt aus Algenbiomasse gepresste Algenöle produzieren erneuerbaren und nachhaltigen, energiereichen Biokraftstoff aus Sonnenlicht, C02 und Abwasser. Um die US-Ethanolproduktion zu ersetzen, würden 2 Millionen Morgen Wüste benötigt, die Hälfte eines Landkreises in Arizona. Der Ersatz von Mais durch Algen als Biokraftstoff-Rohstoff würde jedes Jahr 40 Millionen Morgen Ackerland, 2 Billionen Gallonen Wasser, 240 Millionen Tonnen Bodenerosion und umfangreiche Wasserverschmutzung einsparen.
  • Kraftstoffe — Düsentreibstoff, Ethanol und Wasserstoff. Algen können eine Vielzahl von hochenergetischen flüssigen Transportkraftstoffen einschließlich Benzin produzieren. Während das Raffinieren im Allgemeinen mehr Energieaufwand erfordert als das Auspressen von Algenöl, werden die USA wahrscheinlich einen Überschuss an Ethanolraffineriekapazitäten haben. Algen können in Raffinerien für fossile Brennstoffe zu denselben Produkten veredelt werden, die aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden, da fossile Brennstoffe einfach versteinerte Algen sind.
  • Fossile Brennstoffe. Der Ersatz der US-Ethanolproduktion würde auch 7 Milliarden Gallonen fossiler Brennstoffe einsparen, die zur Herstellung von Ethanol verwendet werden. Die Verlagerung von 1/10 der US-Agrarproduktion von schmutzigem Diesel zu sauberem Algen-Diesel würde die Umwelt reinigen und jährlich 20 Milliarden Gallonen fossiler Brennstoffe einsparen. Noch größere Einsparungen bei fossilen Brennstoffen würden dadurch entstehen, dass Algenöle einen Teil des Diesels ersetzen würden, der in Lastwagen, Zügen, Schiffen und Flugzeugen verwendet wird.
  • Feuer – Kochen. Schwarzer Rauch von Kochfeuern und Heizen mit Holz, Unkraut und Dung verursacht jedes Jahr bei 1.6 Millionen Menschen den Rauchtod und 10 Millionen Menschen, hauptsächlich Frauen und Kinder, zu Behinderungen. Sauber verbrennendes, energiereiches Algenöl kann den Rauchtod und die vielen Rauchbehinderungen beenden. Der Ersatz von Holz, Dung und landwirtschaftlichen Materialien durch Algenöl wird eine enorme Menge an Arbeit beim Sammeln von Brennholz sparen und die Wiederaufforstung von Wäldern ermöglichen.

Ökologische Lösungen

  • Frisches Wasser. Das Durchfließen von Abwasser durch Algenkulturen ernährt die Pflanzen und reinigt das Wasser. Durch die Herstellung von Treibstoff, Futter oder Düngemittel aus Abwasser oder Solewasser wird Wasser eingespart, das sonst für den landwirtschaftlichen Anbau verwendet würde. Der Ersatz der Hälfte der US-Lebensmittelexporte durch Lebensmittel aus Algenkulturen würde 30 Millionen Morgen Ackerland, 2 Billionen Gallonen Wasser und 5 Milliarden Gallonen fossile Brennstoffe einsparen.
  • Frische Luft. Das Ableiten von Schornsteingasen durch Algenkulturen entfernt CO₂, Stickoxide, Schwefel und Schwermetalle wie Quecksilber aus Kraftwerken oder Industrieanlagen, bindet Treibhausgase und reinigt die Luft. Algen stellen nur eine Teillösung dar, da die Pflanze nur bei Sonnenschein wächst und Kraftwerke 24 Stunden am Tag laufen. Einige Produzenten haben von Erfolgen mit Wachstumslampen für die Nachtproduktion berichtet.
  • Dünger. Stickstofffixierende Algen können sowohl bei der Produktion als auch bei der Energiezufuhr zu sehr geringen Kosten Stickstoffdünger liefern. Das Produkt ist natürlich, unterstützt die biologische Lebensmittelproduktion und kann weltweit Subsistenzbauern mit billigem lokalen Dünger versorgen. Die Algenasche behält ihren Düngewert, nachdem sie in Kochfeuern verbrannt wurde.
  • Wälder. Hochenergetischer Algenöl-Brennstoff kann die Notwendigkeit beseitigen, Wälder und Grasland zum Kochen und Heizen von Brennstoffen zu entholzen. Dorfbewohner können ihre Wälder mit Nussbäumen oder Hülsenfrüchten als Nahrung aufstocken, um die geringen Kalorien, die durch Algennahrung bereitgestellt werden, auszugleichen.

Neuartige Lösungen

  • Stoffe. Algenkohlenhydrate ähneln Holz und können zu Textilien, Papier und Baumaterialien verarbeitet werden. Algenpapier und Baustoffe retten Wälder. Stoffe sparen Ackerland für Nahrungspflanzen und spenden Wärme. Algen können zu biologisch abbaubaren Kunststoffen, Biokraftstoffen oder anderen raffinierten Produkten verarbeitet werden.
  • Entwicklungshilfe. Die amerikanische Auslandshilfe stellt subventionierte US-Nahrungsmittel bereit, untergräbt oder zerstört die lokale Nahrungsmittelproduktion, weil die Bauern nicht mit den von den USA subventionierten Nahrungsmitteln konkurrieren können. Das Verschenken von Nahrungsmitteln hilft nicht, die Ursache von Hunger und Armut zu bekämpfen – lokale Kontrolle über Nahrungsmittelressourcen und gesellschaftliches Engagement. Die ausländische Algakultur-Hilfe würde Wissen und einige Startmaterialien zum Anbau von Algennahrungsmitteln, Kraftstoffen, Futtermitteln, Düngemitteln und Medikamenten vor Ort übertragen.
  • Hungersnot und Katastrophenhilfe. Algen mit ihrem reichhaltigen Angebot an Vitaminen und Mineralstoffen aktivieren das Immunsystem und schützen vor Hunger, während sie Treibstoff, Futter, Stoffe, Düngemittel und feine Medikamente liefern. Katastrophenhilfe mit lokaler Algenkulturproduktion kann den Hunger von Millionen Menschen verhindern. Die lokale Algenproduktion löst das kritische Problem der Nahrungsverteilung.
  • Feine Medikamente. Hochwertige, erschwingliche Medikamente, Impfstoffe und Pharmazeutika können aus Algen-Nebenprodukten hergestellt oder in Algen biotechnologisch gezüchtet werden, um fortschrittliche Verbindungen wie Antibiotika, Vitamine, Nutrazeutika und Impfstoffe herzustellen. Diese Verbindungen werden heute in Landpflanzen und -tieren angebaut, sodass Algen eine deutlich schnellere und kostengünstigere Produktion bieten. Designeralgen, die lokal in Dörfern angebaut werden, könnten Millionen von Leben retten, indem sie kostengünstige Impfstoffe oder andere Medikamente bereitstellen, die weder verpackt noch vertrieben werden müssen. Feine Medikamente, insbesondere personalisierte Medikamente, die auf eine Person zugeschnitten sind, können einen höheren Wert bieten als alle anderen Algen-Nebenprodukte zusammen.

Das erste Nahrungsmittelproduktionssystem der Natur auf der Erde, die Algenkultur, bietet außergewöhnliche Vorteile. Lösungen für kommerzielle und kleine Anbausysteme werden einen grünen Goldrausch entzünden, um hochwertige und erschwingliche Nahrungsmittel, Kraftstoffe, Futtermittel, Düngemittel und Medikamente aus Algen zu produzieren.

Nahrungsmittelprodukte aus Algen können eine Fülle von Nahrungsmitteln und Energie erzeugen und gleichzeitig die Nachfrage nach Nahrungsmitteln verringern, die umfangreiches Ackerland, Süßwasser, Düngemittel und fossile Brennstoffe benötigen. Eine Nahrungsmittelproduktion, die der Atmosphäre nur Sauerstoff zuführt und die lokalen Ökosysteme nicht verschmutzt, wird der Umwelt einen sehr positiven Nettoertrag liefern.

Adaptiert von: Green Solar Gardens: Das Versprechen der Algen, den Hunger zu beenden, 2009.

geerntete Spirulina

Geerntete Spirulina für Lebensmittel.

KAPITEL 3: Algengeschichte und -politik

NFrüher verwendete jede menschliche Gesellschaft, die in der Nähe eines Ozeans, einer Flussmündung oder eines Sees lebte, Algen als Nahrung, Futter für ihre Tiere, Dünger für ihre Felder und Medikamente gegen Schnittwunden, Prellungen und Magenbeschwerden. Getrocknete Algen lieferten das erste tragbare Fertiggericht und dienten wahrscheinlich zusammen mit weißen Muschelperlen als Wampum im Handel. Archäologische Beweise zeigen, dass frühe Neandertaler rund um das Mittelmeer Algen zusammen mit Schalentieren fraßen.

Die außergewöhnliche Produktivität von Algen gilt seit über einem Jahrhundert als potenzielle Lösung für den weltweiten Hunger. Die Begeisterung für Algen als globale Nahrungslösung ist mehrmals hochgekocht und jedes Mal in unwürdiger Weise geplatzt. In den 1890er Jahren machten sich Experten Sorgen über die Vorhersage von Thomas Malthus, dass das Bevölkerungswachstum die Nahrung übersteigen würde, und empfahlen nicht-traditionelle Nahrungsquellen wie Hefe, Pilze und Algen.

Eine ähnliche Initiative kam und ging nach dem Ersten Weltkrieg. Wissenschaftler setzten ihre Suche nach nachhaltigen Nahrungsquellen fort. Nach dem Zweiten Weltkrieg war mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung verarmt und hungrig, und Experten empfahlen die unkonventionelle Landwirtschaft als Ausweg aus der Malthusian-Falle. Algen erwiesen sich als das beste verfügbare Gegenmittel und zahlreiche Pilotprojekte versuchten die Algenproduktion.

Forscher gaben 1948 bekannt, dass sie mit kostengünstigen Materialien unter kontrollierten Laborbedingungen nahrhafte Algen züchten konnten. Unter optimalen Bedingungen – sonnige, warme, flache Teiche, die mit einfachem CO₂ gespeist werden – wandelte Chlorella etwa 20 % der verfügbaren Sonnenenergie in Pflanzenbiomasse um, die über 50% Protein im getrockneten Zustand. Im Gegensatz zu den meisten Pflanzen war das Protein von Chlorella vollständig mit den 10 Aminosäuren, die damals als essentiell galten, und es war voller Kalorien, Fett und Vitaminen.

Chlorella mit Lichtmikroskopie

Chlorella mit Lichtmikroskopie. Foto: Dr. Barry H. Rosen

Die Presse war überschwänglich über das Potenzial von Algen und Colliers' Magazin skizzierte eine Farm der Zukunft, in der fette Rohrschlangen aus Glasrohren in automatisierten Farmen Tausende von Tonnen Protein produzierten. Experten, die von Journalisten nicht übertroffen werden sollten, erstellten plausible Szenarien, in denen Algen die Welternährung nahezu ohne Kosten lösen würden.

Leider sind die Forscher über Murphys Gesetz gestolpert und alles, was schief gehen konnte, geschah. Anstatt robust zu sein, erwies sich Chlorella als sehr temperamentvoller Organismus und hörte einfach auf zu wachsen, wenn sich Temperatur, Dichte, Licht, pH-Wert und Nährstoffe geringfügig änderten. Die Pflanze war so zerbrechlich, dass die Ernte mit Zentrifugen die Biomasse ebenso schädigte wie die zur Entfeuchtung notwendige Hitze. Die harten Zellwände von Chlorella machten es unverdaulich, was die Kosten und Energie für Wärme oder zusätzliche mechanische Bearbeitung erhöhte.

Während die meisten Forscher ihr Bestreben, den Welthunger mit Algen zu lösen, aufgegeben haben, untersuchte die NASA in den 1950er Jahren die Verwendung von Algen, um Astronauten während langer Raumflüge zu ernähren. In dem sogenannten „Algenrennen“ konkurrierten sowjetische und amerikanische Projekte um die Entwicklung eines in sich geschlossenen Lebenserhaltungssystems für die Luft- und Raumfahrt, das Algen verwendet, um den Abfall der Astronauten in saubere Luft, Wasser und vielleicht Nahrung umzuwandeln. Die Wissenschaftler waren nicht in der Lage, die Kontaminations- und Gewichtsprobleme zu lösen, und das Programm wurde verschrottet.

Als Teil dieser Bemühungen wurde 1961 mindestens eine Forschungsarbeit in der Journal of Nutrition mit dem Titel "Algenfütterung beim Menschen". Es fasst die spärliche Forschung zu Algen als menschliche Nahrung zusammen. Das Forschungsteam der US-Armee untersuchte Chlorella aus Japan, die in Teichen angebaut, geerntet, zentrifugiert, gewaschen, erhitzt und zu einem grünen Pulver vakuumgetrocknet wurde. Ihre Analyse ergab folgende Zusammensetzung: Protein: 59 %, Fett (Öle): 19 %, Kohlenhydrate: 13 %, Feuchtigkeit: 3 % und Asche: 6 %.

Die Autoren fanden heraus, dass Algen-Nahrungsergänzungsmittel von bis zu 100 Gramm pro Tag von ihren fünf menschlichen Probanden vertragen wurden. Die verwendete Grünalge Chlorella gab dem ergänzten Futter einen starken spinatähnlichen Geschmack. Die akzeptabelsten Zubereitungen waren Kekse, Schokoladenkuchen, Lebkuchen und kalte Milch. Größere Nahrungsergänzungsmittel führten zu Magenproblemen, aber die Symptome verschwanden, nachdem die Nahrungsergänzungsmittel abgesetzt wurden. Das Team kam zu dem Schluss, dass getrocknete Algen als Nahrungsergänzungsmittel verträglich sind, aber eine weitere Verarbeitung erforderlich wäre, bevor sie zu einer wichtigen Nahrungsquelle werden könnten. Diese Ergebnisse haben Algen zu einem kleinen Sektor des Reformkostmarktes verbannt. Die amerikanische Forschung zu Algen als Nahrungsquelle ist praktisch verdampft.

Zum Glück für die Menschheit begann die Grüne Revolution in den 1950er Jahren und Algennahrung blühte wieder auf, was auf drei fast gleichberechtigte Faktoren zurückzuführen war:

  • Die Erfindung stärkerer Pumpen für die Bewässerung
  • Neue Technologien zur Herstellung von synthetischen Düngemitteln
  • Fortschritte in der Molekulargenetik, die ertragreiches Saatgut hervorgebracht haben

Stärkere Pumpen und größere Rohre ermöglichten es den Landwirten, das Grundwasser für die Bewässerung stark zu überziehen. Die Bauern häuften auch mehr Düngemittel, Pestizide und Herbizide auf ihre Felder. Die Grüne Revolution hatte begonnen und die Getreideerträge verdoppelten sich auf einem erodierenden Fundament aus billigen fossilen Brennstoffen und frischem Wasser.

Nichtlandwirtschaftliche Nahrungsquellen waren aufgrund der Fortschritte in der Nahrungsmittelgetreideproduktion unnötig. Die Verbraucher wurden durch Science-Fiction, Journalisten und Filme konditioniert, um nicht-traditionellen Nahrungsquellen zu misstrauen.

Science-Fiction-Autoren machten das Konzept der synthetischen Lebensmittel populär und erwarteten ungünstige Verbraucherreaktionen und unbeabsichtigte Folgen wie die Killertomate und Frankenfood. HG Wells' The Time Machine, 1895, Krieg der Welten, 1898 und Die Speise der Götter, 1905, Aldus Huxleys Brave New World, 1932 und Ward Moores Grüner als Sie denken, 1947, warnten alle vor biotechnologischen Allheilmitteln.

HArry Harrisons Mach Platz! Mach Platz! 1966 und Paul Ehrlichs “Population Bomb”, erläuterte 1968 die schrecklichen Folgen des uneingeschränkten Bevölkerungswachstums. Harrisons apokalyptisches Szenario beinhaltete Plankton, Hefe und Algen als Grundnahrungsmittel für die hungernden Massen. Chlorella hatte einen fischigen Geschmack, daher entschieden sich Vermarkter, eine verbesserte Version zu produzieren, die sie als Soylent Green brandmarkten. Dies führte zur Verfilmung von Harrisons Buch 1973, Soylent Green, was darauf hindeutet, dass die Algenbiomassekultur nicht nur menschliche Abfälle, sondern auch recycelte Menschen verwendet. Selbst mit Kannibalismus konnte die Erfindung nicht alle ernähren. Wasser- und Düngemittelmangel, Pest, Pest und Pestizidvergiftungen ruinierten Ernten und verschmutztes Wasser. Der Treibhauseffekt verstärkte sich, Überschwemmungen, heftige Stürme und Dürre nahmen zu. Die Kunst imitierte tatsächlich das Leben.

Ein Remake von Soylent Green würde die Algenindustrie um mindestens ein Jahrzehnt zurückwerfen. Während Science-Fiction-Autoren öffentliche Ängste vor Frankenfoods schürten, erlebten die Menschen grünen Schleim in ihren Aquarien, Pools und Freizeitgewässern hautnah. Die Presse war bestrebt, die sensationellen Gefahren von Algen zu vermitteln, die tödliche Toxine, tödliche rote Fluten und tote Zonen erzeugten, die viele lebende Organismen töteten.

Präsident Jimmy Carter initiierte mehrere Algenprojekte, um die USA in Richtung Energieunabhängigkeit zu bewegen, aber der Schwerpunkt lag auf der Verlagerung der Stromnetzproduktion von Öl auf Kohle. Das letzte Überbleibsel von Carters Algenforschung, das 18-jährige Aquatic Species Program, wurde von der Clinton-Regierung beendet, als sie die politische Entscheidung traf, die staatliche Forschung und Entwicklung von Algen-Biokraftstoffen auf Maisethanol umzustellen. Das unglückliche Ergebnis dieser Politik war, dass Universitäten und ihre Fakultäten über ein Jahrzehnt lang keine geförderten Stipendien für die Erforschung von Algen erhalten konnten.

Die Algenforschung erlitt in den 1990er Jahren einen Schlag, als der Kongress die Wissenschaft ignorierte und die Zukunft der US-Biokraftstoffe auf Maisethanol setzte. Mais erhielt Subventionen und Anreize in einer Welle von Greenwashing-Versprechen, dass Ethanol nachhaltig, erneuerbar, sauber sein und Ölimporte verdrängen würde. Bestehende Untersuchungen haben gezeigt, dass Maisethanol das Gegenteil dieser Behauptungen ist. Jeder Hektar Maisproduktion erodiert sechs Tonnen Boden, verschmutzt das Grundwasser und setzt 2.5 Tonnen CO . frei plus Stickoxide, Partikel und Smog. Die 9 produzierten 2008 Milliarden Gallonen Ethanol glichen weniger als 3% der US-Ölimporte auf Kosten von Milliarden an Subventionen und Umweltverschmutzung aus. Der Energy Policy Act von 2005 legte einen Standard für erneuerbare Kraftstoffe fest, der eine stärkere Produktion erneuerbarer Energien vorschreibt, Algenrohstoffe jedoch aus der Politik für erneuerbare Energien herausließ.

Algen tauchten 2008 als Biokraftstofflösung wieder auf, als zwei Branchenverbände entstanden, gefolgt von einer Branchenfachzeitschrift, Algenindustrie-Magazin. Die ersten Branchentreffen der Algal Biomass Organization und der National Algae Association im Jahr 2007 zogen eine kleine Anzahl von Wissenschaftlern und einige Biokraftstoff-Unternehmer an. Der Gipfel der Algal Biomass Organization 2009 in San Diego zog über 800 Personen an und erhielt internationale Berichterstattung in der Presse.

Die Algenpolitik steht vor einer herausfordernden Zukunft, denn Algen müssen sowohl ökonomisch als auch ökologisch mit anderen grünen Energielösungen konkurrieren. Andere erneuerbare Energielösungen produzieren Strom, aber nicht Benzin, Diesel oder Kerosin. Algen sind allein die praktikable Lösung für den Schritt in Richtung Energieunabhängigkeit mit flüssigen Transportkraftstoffen, die für die nächsten 50 Jahre für Schiffe, Flugzeuge, Lastwagen und Flugzeuge benötigt werden.

KAPITEL 4: Was sind die Wettbewerbsvorteile von Algen?

Nanogroße, einzellige Algen gehören zu den frühesten Lebensformen der Erde. Sie überleben seit 3.7 Milliarden Jahren in vielen der rauesten Umgebungen der Erde. Die Einfachheit der Algen macht diese Pflanzen unglaublich robust – sie überleben nicht nur, sondern produzieren auch in rauen Umgebungen hochwertige Biomasse. Bei guten Kultivierungsbedingungen produzieren Algen Protein und Energiebiomasse mit Erträgen, die 30 bis 100 Mal produktiver pro Hektar sind als Landpflanzen.

Algen sind für das Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung, da sie die organische Substanz an der Basis der Nahrungskette produzieren. Die Biomasse wird von allen gefressen, vom kleinsten Krill bis hin zu den großen Blauwalen. Algen produzieren auch den größten Teil des Sauerstoffs, der für andere Wasserlebewesen benötigt wird, und liefern etwa 70 % unseres täglichen Luftsauerstoffs.

Algen, die lateinische Bezeichnung für Algen, präsentieren sich in allen Formen und Größen. Mikroalgen sind einzellige, mikroskopisch kleine Organismen, die oft kleiner als 5 µ (Mikron) breit sind. Der Punkt am Ende dieses Satzes beträgt etwa 100µ.

Algen wachsen auf der ganzen Erde, auch unter beiden Eiskappen. Ihre bevorzugten Umgebungen sind an feuchten Orten oder im Wasser, aber Algen sind sowohl an Land als auch in Gewässern verbreitet. Böden, Felsen, Bäume und Eis enthalten getrocknete Algenzellen und viele sind noch lebensfähig. Verschiedene Algenarten wachsen in allen Arten von Gewässern und eignen sich daher hervorragend für den Umweltschutz.

Algen machen etwa 10 % der Algen aus und es gibt größere Arten, die in Meeresumgebungen leben, wie Seetang: braune Algen, die bis zu 180 Fuß groß werden können. Algen scheinen Stämme und Blätter zu haben, die Landpflanzen ähneln, aber diese Strukturen sind in Wirklichkeit undifferenzierte Zellen, die Pseudoblätter genannt werden. In tropischen Regionen helfen Korallenalgen beim Aufbau von Korallen und unterstützen die Bildung von Korallenriffen und anderen Arten, die in Symbiose mit Schwämmen leben.

Seetang, Kieselalge und faserige Grünalgen

Seetang, Kieselalge und faserige Grünalgen

Abseits der Ozeane leben die meisten Algen nicht in Gewässern, sondern in Böden. Algen leben symbiotisch in den Wurzeln von Landpflanzen, wo sie Bodenverbindungen abbauen und die Nährstoffe für die Pflanzen bioverfügbar machen. Auch die Blaualgen, auch Cyanobakterien genannt, dienen Nutzpflanzen, indem sie Stickstoff aus der Atmosphäre in Wurzelknollen oder direkt auf Pflanzenoberflächen binden. Viele Ebenen, Berge und Wüsten sind mit Algenkrusten bedeckt, die den Boden an Ort und Stelle halten, eine Grundlage für Pflanzen mit Wurzeln bieten und kritische Bodenfeuchtigkeit halten. Algen-Bioingenieurbaustoffe wie Kalkstein, das Material, das die Ägypter zum Bau der Großen Pyramiden verwendeten.

Algenkruste

Algenkruste

Verschiedene Algen maximieren unterschiedliche Komponenten. Einige Arten bieten über 50% Lipide (Öl), andere 60% Protein und andere 90% Kohlenhydrate. Das Nahrungsmittelprodukt, Protein, einiger Arten weist wenig natürlichen Geruch oder Geschmack auf, so dass das Produkt die gewünschten Eigenschaften annehmen kann, wie etwa jeden Geruch, Farbe, Textur, Dichte oder Geschmack. Blinde Geschmackstests zwischen Algen und Sojabohnen begünstigen Algen, da Algen nicht den bitteren, stärkehaltigen Geschmack von unverarbeitetem Soja haben. Wie Lebensmittelkörner profitiert auch die Algenbiomasse von der Lebensmittelverarbeitung, um Geschmack, Textur, Farbe und Mundreiz zu maximieren.

Algen sind sehr effizient bei der Umwandlung von Licht, Wasser und Kohlenstoff in Biomasse, die ölige Verbindungen (Lipide) enthält, die extrahiert und zu Benzin, grünem Diesel oder Düsentreibstoff verarbeitet werden können. Die verbleibende Biomasse, hauptsächlich Proteine ​​und Kohlenhydrate, kann zu Nahrungsmitteln, Medikamenten, Impfstoffen, Mineralien, Tierfutter, Düngemitteln, Pigmenten, Salatdressings, Eiscreme, Pudding, Abführmitteln und Hautcremes verarbeitet werden. Ein Beispiel für die Algenzusammensetzung zeigt eine Algenart, bei der 40 % der Pflanzenbiomasse aus Öl besteht.

Algenzusammensetzung
Fettalgen, auch Ölalgen genannt, sind Arten, die große Mengen an Lipiden produzieren. Grünalgen mögen nicht wie ein Rohstoff für Biorohöl aussehen, aber das in den heutigen Fahrzeugen verwendete Erdöl stammt aus prähistorischer Biomasse, die größtenteils aus Algenblüten in alten Feuchtgebieten und Ozeanen stammt.

Der Abbau von Biomasse in der Natur begann vor über 200 Millionen Jahren im Karbon unter enormen Hitze- und Druckbedingungen. Das aus der Nordsee geförderte Öl besteht aus zersetzten Haptophytenalgen, den sogenannten Coccolithophoriden. Algen bilden auch die Hauptbestandteile von Kieselgur, Kohleschiefer und Kohle. Die Ägypter bauten ihre Pyramiden aus Algenkalk.

Vorteile von Algen
Der 30- bis 100-fache Jahresertrag pro Hektar Produktivitätsvorteil für Algen ist hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen terrestrischen und wasserbasierten Pflanzen zurückzuführen. Algen äußern sich in einer nahezu unbegrenzten Zahl von Arten und Stämmen, was sie zu einem einzigartigen Organismus macht. Mehrere Hauptmerkmale unterscheiden Algen von Landpflanzen.

Algen sind wasserbasierte Organismen, die in Süß-, Salz-, Brack-, Meer- oder Abwasser wachsen. Landpflanzen benötigen für ihr Wachstum frisches Wasser, da große Salzionen ihre Rohrleitungen und ihr Wurzelsystem verstopfen und die Pflanze an Wasser und Nährstoffen hungern lassen. Algen gedeihen in salzhaltigem Wasser, weil sie sich in sehr salzigen alten Ozeanen entwickelt haben. Salzionen stellen für Algen kein Problem dar, da Algen keine Wurzeln haben.

Algen haben in ihren mehreren Milliarden Jahren auf der Erde kritische Wachstums-, Ausbreitungs- und Überlebensstrategien entwickelt. Landpflanzen haben sich erst vor 500 Millionen Jahren aus Algen entwickelt und benötigen eine ganze Vegetationsperiode von 120-140 Tagen, um Samen für eine neue Generation zu produzieren. In der Zeit, in der Landpflanzen eine Generation lang wachsen, können sich Algen über Millionen von Generationen vermehren, da Algen keine Vegetationsperiode haben. Algen unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von Landpflanzen.

Wettbewerbsvorteile von Algen

  • Überbau. Landpflanzen investieren einen großen Teil ihrer Energie in den Aufbau einer Zellulosestruktur, einschließlich Stamm, Blätter und Stängel, um Wind und Wetter standzuhalten. Algen haben keine solche Anforderung. Wasser unterstützt Algen wie eine natürliche Gebärmutter.
  • Sex. Landpflanzen investieren 35 % ihrer Energie in den Aufbau und die Unterstützung ihres Sexualapparates. Algen sind einfache, einzellige Organismen, die sich nicht um sexuelle Strukturen kümmern müssen. Bei guten Bedingungen vermehren sich Algen sexuell. Wenn ein Stressor auftritt, können sich die Zellen asexuell vermehren.
  • Roots. Landpflanzen investieren 25 % ihrer Energie in Wurzeln, die sie festhalten und die Pflanzen von der Bodenfeuchtigkeit und bioverfügbaren Nährstoffen in situ abhängig machen, die typischerweise von Bodenmikroben wie Algen bereitgestellt werden. Algen haben keine Wurzeln und einige Arten wachsen Geißeln, die sie wackeln können, um Nährstoffe, Feuchtigkeit oder Sonnenenergie zu gewinnen.
  • Wachstumsgeschwindigkeit. Landpflanzen wie Nahrungsgetreide benötigen eine volle Vegetationsperiode vom Frühjahr bis zum Herbst – oft 140 Tage oder mehr, um eine einzige Ernte zu produzieren. Algen haben gelernt, zu gedeihen, wenn sie genährt werden, und können schnell reifen. Eine Algenzelle kann an einem einzigen Tag über eine Million Nachkommen hervorbringen.
  • Richtung. Landpflanzen wachsen langsam in eine Richtung, zur Sonne hin und können ihre Biomasse in 10 Tagen verdoppeln. Dann verlangsamen sie nach und nach das Wachstum bis zur Reife. Algen wachsen in alle Richtungen, 360°, und können ihre Biomasse täglich verdreifachen oder vervierfachen.
  • Kontinuierliche Ernte. Algen wachsen so schnell, dass täglich die Hälfte der Algenbiomasse geerntet werden kann. Die Ernte kann jeden Tag erfolgen, an dem die Sonne scheint, was an Orten wie Arizona, New Mexico, Colorado und Texas 360 Tage im Jahr sein kann.
  • Kontinuierliche Vegetationsperiode. Einige Algenproduzenten züchten das ganze Jahr über Algen mit an die jeweilige Jahreszeit angepassten Arten. Einige Hersteller verwenden Pflanzenlampen, um die Sonnenenergie zu erhöhen. Mehrere Hersteller experimentieren mit LED und anderen Lichtformen, um das Wachstum über die Tageslichtstunden hinaus zu verlängern.
  • Robuste Produktion. Ein einziges Ereignis während einer gesamten Vegetationsperiode wie Temperaturanstieg, Dürre, Insekten, Wind oder Hagel kann eine ganze Getreideernte vernichten. Bei schlechtem Wetter machen Algen eine Pause und verlangsamen ihre Wachstumsrate oder gehen in eine Ruhephase über. Wenn das Wetter besser wird, nehmen die Algen ihr schnelles Wachstum wieder auf.
  • Stickstoff-Fixierung. Blaualgen, sogenannte Cyanobakterien, sind in der Lage, Sauerstoff aus der Atmosphäre zu binden, was das Wachstum fördert, da Stickstoff in stehenden Gewässern oft der limitierende Nährstoff ist.
  • Zusammensetzung Grüne Biomasse von Landpflanzen wie Mais kann zu 80 % aus Nichtöl oder Abfall bestehen, da der größte Teil der Pflanzenzusammensetzung eine Zellulosestruktur und kein Protein für Lebensmittel oder Energie produzierende Öle ist. Einige Algenstämme produzieren 50 % Lipide – Öle, die direkt in Kerosin oder grünen Diesel umgewandelt werden können.
  • Gespeicherte Energie. Landpflanzen wie Mais können in Ethanol umgewandelt werden, das mit weniger Wärme verbrennt und nur 64 % des MPG von Benzin liefert. Algen wandeln Sonnenlicht, CO2 und andere Nährstoffe in lange Kohlenstoffketten um, die in leistungsfähigere flüssige Transportkraftstoffe wie JP-8, Düsentreibstoff und grünen Diesel umgewandelt werden können, die 30 bis 50% mehr Energie pro Gallone als Benzin haben können.
  • Energie positiv. Die Ethanolproduktion mit Mais ist eine Energiesenke, weil sie mehr Energie verbraucht, vor allem Dieselkraftstoff und Strom, als der Kraftstoff liefert. Algen können Brennstoffe mit minimalem oder keinem fossilen Brennstoff herstellen.
  • Nachhaltig. Landpflanzen verbrauchen riesige Mengen fossiler Ressourcen, die zur Neige gehen werden – fruchtbarer Boden, Süßwasser, fossile Brennstoffe, Düngemittel und fossile Agrarchemikalien. Algen konkurrieren nicht mit landwirtschaftlichen Nutzpflanzen um Ressourcen und können mit reichlich vorhandenen Ressourcen wachsen, die nicht ausgehen, einschließlich Sonnenschein, Abwasser und überschüssigem CO₂.
  • Ökologisch positiv. Die moderne Getreideproduktion fügt 2.5 Tonnen CO₂ pro Morgen hinzu sowie Stickoxide, Feinstaub und Smog. Jede Ackerfläche erodiert sechs Tonnen Boden, der Nährstoffe und Chemikalien enthält, die Feuchtgebiete, Flüsse und Seen verschmutzen. Der Algenanbau gibt nur Sauerstoff an die Atmosphäre ab, bindet CO₂ und vermeidet Bodenerosion und Ökosystemverschmutzung.
  • Geografische Unabhängigkeit. Im Gegensatz zu Landkulturen wachsen zahlreiche Algenarten in den rauesten Umgebungen der Erde. In geschlossenen und halbgeschlossenen Wachstumssystemen können Algen in nahezu jeder Höhe, Breite, Länge oder Geographie angebaut werden.

Algen sind robuste Organismen, die viele Vorteile gegenüber landgestützten Kulturen bieten. Algen sind nach wie vor der am wenigsten entwickelte Organismus der Erde. Die Domestikation von Algen, um ihre vielen Vorteile zu nutzen, stellt eine der spannendsten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar.

KAPITEL 5: Algenklassifizierung

Algae sind lebende Pflanzen, die gegen die Regeln der Pflanzenklassifizierung verstoßen, weil sie sich in vielen verschiedenen Formen entwickelt haben – Zellen, vielzellige Pflanzen, Bakterien und in nahezu unendlichen Kombinationen. Während die verschiedenen Arten bestimmte Eigenschaften gemeinsam haben, weisen verschiedene Algen, selbst von derselben Art, eine außergewöhnliche Vielfalt in Form, Größe, Struktur, Zusammensetzung und Farbe auf.

Eine einzelne Algenart kann an einem einzigen Tag ihre Form, Zusammensetzung und Farbe ändern, basierend auf Kulturvariablen wie verfügbare Lichtenergie, Nährstoffe, Temperatur und Säuregehalt, pH-Wert. Wie alle lebenden Organismen wechseln Algen bei Stress in den Überlebensmodus, der die Geschwindigkeit und Zusammensetzung des Zellstoffwechsels verändert. Stressfaktoren können dazu führen, dass Algen auf Kosten von Proteinen oder Kohlenhydraten mehr Öl speichern, um es zu einem späteren Zeitpunkt als Energie zu verwenden. Einige Algen scheinen mehr Öl anzusammeln, um an die Spitze der Wassersäule zu steigen, wo sie mehr Sonnenenergie gewinnen können.

Die Einteilung von Algen in taxonomische Gruppen erfolgt nach den gleichen Regeln wie bei der Einteilung von Landpflanzen. Landpflanzenklassifizierung kam vor Algen, weil viele Algenarten in Nanogröße vor fortgeschrittenen Mikroskopen nicht gesehen werden konnten. Die wichtigsten Algengruppen werden nach Pigmentierung, Form, Struktur, Zellwandzusammensetzung, Geißeleigenschaften, Lagerung und Vermehrungsweise unterschieden.

Algen weisen so viele Variationen auf, sogar innerhalb jeder Art, dass sie Ausnahmen von fast jeder Klassifizierungsregel darstellen. Interessanterweise können viele Arten die Art und Weise, wie sie sich fortpflanzen, je nach Umgebungsbedingungen ändern. Wenn die Bedingungen gut sind, vermehren sie sich sexuell. Wenn sich die Bedingungen verschlechtern, können sie eine oder mehrere asexuelle Methoden wie Zellteilung, Fragmentierung oder Sporen anwenden.

Die Fähigkeit, mit dem Elektronenmikroskop winzige Unterschiede in Algenzellen zu sehen, hat die Klassifizierung seit den 1960er Jahren grundlegend verändert. Klassifizierungsänderungen werden fortgesetzt, wenn neue Unterscheidungsmerkmale entdeckt werden.

Algen unterscheiden sich von anderen Pflanzen, weil sie im Allgemeinen:

  • Zeigen Sie die Fähigkeit, Photosynthese mit der Produktion von molekularem Sauerstoff durchzuführen, der mit der Anwesenheit von Chlorophyll verbunden ist a, b or c;
  • Haben Sie keine spezialisierten Transportgewebe oder -organe, die aus miteinander verbundenen Zellen bestehen, die Nährstoffe und Metaboliten zwischen verschiedenen Stellen innerhalb des Organismus bewegen;
  • Vermehren Sie sich sexuell oder asexuell, um Gameten zu produzieren, die im Allgemeinen nicht von schützendem mehrzelligem Elterngewebe umgeben sind.

Landpflanzen entwickelten sich vor etwa 500 Millionen Jahren aus Algen und entwickelten spezialisierte Zellen zur Aufnahme und Bewegung von Nährstoffen und zur Fortpflanzung. Algen unterscheiden sich von den höheren Pflanzen durch das Fehlen echter Wurzeln, Stängel oder Blätter. Einige Algen, wie Seetang, scheinen Blätter zu haben, aber sie sind Pseudoblätter, die aus der gleichen Zellstruktur wie der Rest der Pflanze bestehen. Wissenschaftler glauben, dass sich Makroalgen – Algen – in paralleler Evolution mit Landpflanzen entwickelt haben.

Kultursammlungen von Algenarten sind an der University of Toronto, der UC Berkeley, der University of Texas, der University of Copenhagen, dem Scottish Marine Institute, der Chinese Academy of Sciences, der Universität Prag und der World Federation of Culture Collections erhältlich. Die meisten Sammlungen bieten Informationen zur Zusammensetzung und Kultur, Kulturverkäufe, beschreibende Details und Bilder. Die exzellente Sammlung der University of Texas bietet eine Vielzahl von durchsuchbaren Parametern. Das Algenbildlabor bei Bowling Green stellt kostenlos digitale Bilder von Algen für Bildungszwecke zur Verfügung.

Viele Arten sind einzellig und mikroskopisch klein, darunter Phytoplankton und andere Mikroalgen, während andere mehrzellig sind und so hoch wie Bäume wie Seetang wachsen können. Die Phykologie, das Studium der Algen, umfasst das Studium prokaryontischer Formen, die als Blaualgen oder Cyanobakterien bekannt sind. Einige Algen leben auch in Symbiose mit Flechten, Korallen und Schwämmen. Der einzellige Grundorganismus Algen hat das in der Abbildung dargestellte allgemeine Aussehen.

Algenzelle

Algenzelle

Eukaryotische Grünalgenpflanzen (griechisch für „echte Nuss“) sind wie eine Nuss aufgebaut, mit einer Schale, die ihr genetisches Material schützt, das in Organellen angeordnet ist. Grünalgen bilden diskrete Strukturen mit spezifischen Funktionen und haben einen doppelten membrangebundenen Kern oder Kerne. Die prokaryontischen Zellen der Blaualgen, Cyanobakterien, enthalten keinen Zellkern oder andere membrangebundene Organellen.

Algen können lebhafte kleine Lebewesen sein, obwohl sie keine Tiere sind. Viele können schwimmen, wie zum Beispiel Dinoflagellaten, die kleine peitschenartige Strukturen namens Flagellen haben, die sie durch das Wasser ziehen oder schieben. Einige Algen quetschen einen Teil ihres Körpers nach vorne und kriechen über feste Oberflächen. Einige Algen können sogar Augenknospen bilden, die Licht wahrnehmen können, was für ihre Energieversorgung entscheidend ist.

Andere Arten bestehen aus feinen Filamenten mit Zellen, die von einem Ende zum anderen verbunden sind. Einige verklumpen zu Kolonien, während andere unabhängig voneinander schwimmen. Algen können in fast jeder Form wie Zapfen, Röhren, Fäden oder Kreisen wachsen. Algen bilden viel mehr Formen als Landpflanzen und können ihre Form oder Struktur ändern, um sich an die lokalen Bedingungen anzupassen. Wesentliche Schritte in der Zellkomplexität traten mit der evolutionären Entwicklung von einem Virus zum Bakterium und dann von den prokaryontischen Zellen der Bakterien zu den eukaryontischen Zellen der Algen auf. Zellwände ermöglichen es Algen, sich vor der Umgebung zu schützen, typischerweise Wasser und Druck, genannt osmotischer Druck.

Algenzellwände

Algenzellwände

Zellwände regulieren den osmotischen Druck, der von Wasser erzeugt wird, das aufgrund eines Unterschieds in den Lösungskonzentrationen versucht, durch ihre semipermeablen Membranen in die Zelle hinein oder aus ihr heraus zu fließen. Algen besitzen typischerweise Zellwände, die aus Zellulose, Glykoproteinen und Polysacchariden aufgebaut sind. Einige Arten haben eine Zellwand aus Kieselsäure (Silizium) oder Alginsäure.

Rotalgen zum Beispiel sind eine große Gruppe von etwa 10,000 Arten von meist vielzelligen Meeresalgen, einschließlich Algen. Dazu gehören Korallenalgen, die in Symbiose mit Korallen leben, Kalziumkarbonat absondern und eine wichtige Rolle beim Aufbau von Korallenriffen spielen. Rotalgen wie Dulse (Palmaria palmata) und Laver (Nori oder Gim) sind ein traditioneller Bestandteil der europäischen und asiatischen Küche und werden verwendet, um andere Produkte wie Agar, Carrageene und andere Lebensmittelzusatzstoffe herzustellen.

Die breite Algenklassifizierung umfasst:

  • Bacillariophyta — Kieselalgen
  • Charophyta – Steinkraut
  • Chlorophyta – Grünalgen
  • Chrysophyta – Goldalgen
  • Cyanobakterien — blaugrün
  • Dinophyta — Dinoflagellaten
  • Phaeophyta – Braunalgen
  • Rhodophyta – Rotalgen
Kieselalgen, Steinkraut und Dinoflagellaten

Kieselalgen, Steinkraut und Dinoflagellaten

Grünalgen, die sich mit Chloroplasten entwickelt haben, die Photosynthese ermöglichen und das verfügbare O . stark verbessern. Blaualgen haben die meisten der jüngsten Forschungen erhalten, weil viele Wissenschaftler, die in der Bakterienforschung ausgebildet sind, begonnen haben, den kommerziellen Wert dieser Pflanze zu untersuchen, die sowohl als Blaualgen als auch als Bakterien klassifiziert wird; Cyanobakterien.

Prochlorococcus, eine Blaualge, mag der kleinste Organismus der Erde sein, nur 0.6 Mikrometer (Millionstel eines Meters), aber er ist einer der am häufigsten vorkommenden Organismen auf dem Planeten. Ein einzelner Tropfen Wasser kann mehr als 100,000 dieser einzelligen Organismen enthalten. Sallie Chisholm vom MIT untersucht Prochlorococcus und sagt, dass Billionen dieser winzigen Zellen unsichtbare Wälder bilden und etwa die Hälfte der Photosynthese in den Ozeanen bereitstellen.

Algenklassifizierung

Taxonomische Gruppe Chlorophyll Carotinoide Lagerprodukte
Bacillariophyta a, c β-Carotin, ± -Carotin seltenFucoxanthin Chrysolaminaröle
Chloro phycophyta (Grünalge) a, b β-Carotin, ± -Carotin selten Carotin und Lycopin, Lutein Stärke, Öle
Chrysophycophyta (Goldalge) a, c β-Carotin, Fucoxanthin Chrysolaminaröle
Cyanobakterien (Blaugrünalgen) a, c β-Carotin, Phycobiline
Phaeco phycophyta (Braunalgen) a, c β-Carotin, ± Fucoxanthin, Violaxanthin Laminarin, lösliche Kohlenhydrate, Öle
Dinophyta (Dinoflagellaten) a, c β-Carotin, Peridinin, Neoperididnin, Dinoxanthin, Neodinoxanthin. Stärke, Öle
Rhodo phycophyta (Rotalge) a, selten d β-Carotin, Zeaxanthin, ± β-Carotin Florideische Stärke, Öle

 

Farben
Das Grün, das oft mit Algen in Verbindung gebracht wird, stammt von Chlorophyll, aber Algen enthalten auch Pigmente vieler Farben, insbesondere Cyan, Rot, Orange, Gelb, Blau und Braun. Einige Sorten sind farblos. Grünalgen erscheinen grün, weil Grün die einzige Lichtfarbe ist, die sie nicht absorbiert. Rotalgen absorbieren ein volles Farbspektrum und reflektieren Rot. Rotalgen können in den Ozeanen tiefer wachsen als die meisten anderen Arten, weil sie dafür ausgestattet sind, das blaue Licht zu absorbieren, das tief in die Ozeane eindringt.

Algen verwenden Pigmente, um Sonnenlicht für die Photosynthese einzufangen, aber jedes Pigment reagiert nur mit einem engen Bereich des Spektrums. Daher produzieren Algen eine Vielzahl von Pigmenten in verschiedenen Farben, um mehr Sonnenenergie einzufangen. Algen lenken Licht in Chlorophyll a, das Lichtenergie in hochenergetische Bindungen organischer Moleküle umwandelt.

Grün-, Blau- und Rotalgen

Grün-, Blau- und Rotalgen

Algen verleihen Pflanzenfressern, die sich an ihnen ernähren, Farbe. Algen verleihen dem weißen Fell des bekannten Riesenfaultiers den grünlichen Schimmer. Algen leben in den hohlen Haaren von Eisbären und liefern das rosa Pigment für Flamingos, das sie sowohl in Garnelen als auch in Algen verzehren. Ähnliche Algen-Carotinoide verleihen dem Lachs die rosa Pigmentierung.

Das Atomkraftwerk Palo Verde in Arizona hat vor einigen Jahren einen rosa Flamingo in seine Kühlteiche gelockt. Der arme Vogel wurde weiß und löste weltweite Pressespekulationen über mögliche Strahlungslecks aus. Glücklicherweise fand ein Biologe heraus, dass den Teichen genügend Beta-Carotin in den Algen fehlte, um die rosa Färbung des Vogels aufrechtzuerhalten. Der Flamingo flog zu einem anderen Teich mit Algen und wurde schnell wieder rosa.

Algen können in Symbiose mit Pilzen wachsen, um Flechten zu bilden – das bunte raue Material auf der Sonnenseite von Felsen und Bäumen. Algen und Pilz teilen eine gegenseitige Abhängigkeit, da die Alge Nahrung für beide Pflanzen produziert und im Gegenzug Wasser und Mineralien vom Pilz erhält. Der Pilz bietet auch einen entscheidenden Schutz vor Austrocknung – Austrocknen und Absterben in der Sonne.

Die Verwendung von Algen-Flechten-Pflanzen für Pigmente und Farbstoffe geht auf Julius Caesar zurück. Die klassische rote Farbe römischer Tuniken stammt von Pigmenten, die aus Flechten gewonnen werden, die als Urchille bekannt sind. Römische Frauen schätzten die Pflanze und verwendeten sie als Rouge, um ihren Gesichtern mehr Farbe zu verleihen. Nahezu alle modernen Kosmetika enthalten Algenkomponenten zur Verbesserung der Farbe, Emulgierung und/oder Feuchtigkeitsspeicherung.

KAPITEL 6: Algenartenauswahl

Algenproduzenten wählen spezifische algenstämme für wertvolle verbindungen aus, die in der algenbiomasse wachsen. Algenbiomasse umfasst hauptsächlich Lipide, die zur Herstellung von Biokraftstoffen verwendet werden, Proteine ​​für Nahrungs- und Futtermittel und Nutrazeutika sowie Stärken und Kohlenhydrate, die zu einer Vielzahl von Produkten verarbeitet werden können.

Lipide sind Moleküle mit langen Kohlenstoffketten, die Energie für die Pflanze speichern und als strukturelle Bestandteile der Zellmembranen dienen. Lipide sind Öle, die der Pflanze mehr Auftrieb verleihen, so dass sie die Wassersäule hinauf in Richtung Sonnenenergie bewegt. Einige Algenarten haben von Natur aus eine sehr hohe Lipidproduktion, zB 80 % des Trockengewichts, aber sie wachsen sehr langsam. Andere Arten wachsen sehr schnell und speichern von Natur aus etwa 20 % Lipide, aber wenn sie durch Nährstoffeinschränkungen gestresst sind, speichern sie etwa 40 % Lipide.

Proteine ​​sind große organische Verbindungen aus Aminosäuren, die in einer linearen Kette angeordnet sind, die durch Peptidbindungen verbunden ist. Der genetische Code der Pflanze bestimmt die Reihenfolge der Aminosäuren, aber Nährstoffbeschränkungen können zu Veränderungen in der Produktion von Aminosäuren führen. Die meisten Proteine ​​sind Enzyme, die biochemische Reaktionen und den Pflanzenstoffwechsel katalysieren. Andere Proteine ​​behalten die Zellform bei und stellen Signalfunktionen innerhalb der Pflanze bereit.

Algen nutzen Photosynthese und Sonnenenergie, um aus Kohlendioxid Glukose herzustellen. Die Glucose wird hauptsächlich in Form von Stärkekörnchen, in Plastiden wie Chloroplasten und Amyloplasten gespeichert. Algen können wasserlösliche Glukose, Pflanzenzucker, herstellen, aber sie nehmen viel Platz ein. Algen haben die Fähigkeit angepasst, Glucose in Form von Stärke herzustellen, komplexe Kohlenhydrate, die nicht löslich sind und kompakt lagern. Stärke ist das wichtigste Kohlenhydrat in der menschlichen Ernährung und Algenkohlenhydrate können Getreidemehle wie Mais, Weizen, Kartoffeln oder Reis ersetzen. Stärken können auch zu einer Vielzahl von Alkoholen oder Biokraftstoffen fermentiert werden.

Der Weg nach vorn basierend auf dem Programm für aquatische Arten und die Erfahrungen anderer Forschungen zur Algenproduktion zeigen, dass robuste Algenarten für die Biokraftstoffproduktion folgende Eigenschaften benötigen:

  • Erzeugt einen hohen und konstanten Lipidgehalt.
  • Wächst kontinuierlich, was es erfordert, das bei Algenkulturen übliche Stabilitätsproblem zu überwinden.
  • Zeigt eine hohe photosynthetische Effizienz.
  • Wächst mit jahreszeitlichen Klimaunterschieden und täglichen Temperaturänderungen.
  • Erzeugt minimale Verschmutzung durch Befestigung an den Seiten oder am Boden von Behältern.
  • Leicht zu ernten und zu extrahieren Lipide mit weichen oder flexiblen Zellwänden.

Algenzüchter können Arten aus Kultursammlungen auswählen und kaufen, die an der University of Texas, University of Toronto, UC Berkeley, University of Copenhagen, dem Scottish Marine Institute, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Universität Prag und der World Federation of Culture Collections verfügbar sind . Die meisten Sammlungen bieten Kulturverkauf, Komposition und Bilder. Die Algengalerie im Smithsonian National Museum of Natural History enthält umfangreiche Informationen über Algen und Links zu Algenstandorten.

Die Zusammensetzungsvariation zwischen den Arten variiert enorm. Einige Algen enthalten 80% Lipide, während andere 60% Protein produzieren und wieder andere 92% Kohlenhydrate sind. Die Artenauswahl ist nicht nur für die gewünschte Zusammensetzung entscheidend, sondern auch für eine Vielzahl von Struktur- und Wachstumsvariablen, die zwischen Arten und Stämmen stark variieren.

Zusammensetzungsvariation zwischen Algenarten

Zusammensetzungsvariation zwischen Algenarten

Wenn Algen nährstoffbegrenzt sind, wie Stickstoff, Phosphor oder Schwefel, verringern sie die Produktion von essentiellen mehrfach ungesättigten Fettsäuren und können mit weniger Aminosäuren Protein von geringerer Qualität liefern. Nährstoffmangel kann dazu führen, dass Algen die Lipidproduktion erhöhen, aber typischerweise verlangsamt oder stoppt er die Vermehrung und das Wachstum. Bioingenieure arbeiten an Algen, die Lipide ohne Nährstoffentzug erhöhen. Mehrere Forschungslabore haben gentechnisch veränderte Algenstämme entwickelt, die ohne Ernte Öl absondern, was eine kontinuierliche Produktion ermöglicht. Durch die Vermeidung von Ernte und Ölförderung entfallen enorme Zeit- und Kostenfaktoren.

Algensorten bieten eine fast grenzenlose Kombination von Eigenschaften. Besondere Eigenschaften werden durch Selektionsscreens für natürlich vorkommende Organismen, Bioengineering und Hybridisierung verbessert. Algenexperten wie Drs. Milton Sommerfeld und Jerry Brand haben viele Jahrzehnte in die Suche nach natürlich vorkommenden Algen mit wünschenswerten Eigenschaften in Feuchtgebieten, Seen und Wüsten investiert. Dr. Bruce Rittmann hat an der genetischen Modifikation von Algen gearbeitet, um mehr Öl oder andere fortschrittliche Verbindungen zu produzieren. Viele Algenproduzenten haben daran gearbeitet, Algenstämme durch Kreuzbefruchtung zu hybridisieren, um wünschenswerte Wachstumseigenschaften, einfache Ernte und Extraktion und wünschenswerte Verbindungen zu maximieren.

Jede Algenart bietet einen anderen Anteil an Lipiden, Stärken und Proteinen, Tabelle 1. Einige Algen sind proteinreich und andere hauptsächlich aus Stärke oder Lipiden. Variationen in der Kultivierung können die Zusammensetzung der Algenbiomasse wesentlich verändern.

Tabelle 1. Zusammensetzung verschiedener Algen (% der Trockenmasse)

Algen Lipide Proteine Kohlenhydrate
Anabaena cylindrica 4-7 43-56 25-30
Aphanizomenon flos-aqua 3 62 23
Arthrospira-Maxima 6-7 60-71 13-16
Botryococcus braunii 86 4 20
Chlamydomonas rheinhar. 21 48 17
Chlorella ellipsoidea 84 5 16
Chlorella pyrenoidosa 2 57 26
Chlorella vulgaris 14-22 51-58 12-17
Dunaliella Salina 6 57 32
Euglena gracilis 14-20 39-61 14-18
Prymnesiumparvum 22-38 30-45 25-33
Porphyridium cruentum 9-14 28-39 40-57
Scenedesmus obliquus 12-14 50-56 10-17
Spirulina platensis 4-6 46-630 8-14
Spirulina-Maxima 6-7 60-71 13-16
Spirogyra sp. 11-21 6-20 33-64
Spirulina platensis 4-9 46-63 8-14
Synechococcus sp. 11 63 15

 

Algenöle sind extrem reich an ungesättigten Fettsäuren und verschiedene Algenarten bieten:

  • Linolsäure, eine ungesättigte Omega-6-Fettsäure, die für Seifen, Emulgatoren, schnell trocknende Öle und eine Vielzahl von Schönheitshilfen verwendet wird. Die feuchtigkeitsspeichernden Eigenschaften sind geschätzte Hautmittel, die zur Glättung und Feuchtigkeitsversorgung, als Entzündungshemmer und zur Aknereduktion eingesetzt werden.
  • Arachidonsäure, eine Omega-6-Fettsäure, die auch in Erdnussöl vorkommt. Dieses Produkt mildert Entzündungen und spielt eine wichtige Rolle bei der Funktion des zentralen Nervensystems.
  • Eicospentaensäure, eine Omega-3-Fettsäure und bietet die gleichen Vorteile wie Fischöl, das natürlich aus Algen stammt. Die Forschung legt nahe, dass EPA die Gehirnaktivität verbessern, Depressionen reduzieren und suizidales Verhalten mäßigen kann.
  • Docasahexaensäure, eine Omega-3-Fettsäure, die im Allgemeinen in Fischöl vorkommt und die am häufigsten vorkommende Fettsäure im Gehirn und in der Netzhaut ist. Ein DHA-Mangel ist mit einem kognitiven Verfall verbunden und erhöht den neuronalen Zelltod. DHA ist in der Großhirnrinde von schwer depressiven Patienten erschöpft.
  • Gamma-Linolensäure, eine Omega-6-Fettsäure, die in Pflanzenöl vorkommt und zuerst aus der Nachtkerze gewonnen wurde. Es wird als Nahrungsergänzungsmittel zur Behandlung von Entzündungen und Autoimmunerkrankungen verkauft. Der therapeutische Wert bei Krebs zur Unterdrückung des Tumorwachstums und der Metastasierung wird derzeit erforscht.

Algenbestandteile werden häufig in Lebensmittelzutaten gefunden. Eine normale Familie, die normale Milchprodukte verwendet, kann feststellen, dass 70% der Artikel in ihrem Lebensmitteleinkaufswagen Algenbestandteile enthalten. Carrageenane, die die Zellwände mehrerer Arten von Rot- und Braunalgen bilden, sind eine Familie linearer Polysaccharide. Das Carrageenan-Zellwandmaterial ist ein Kolloid, das als Stabilisator oder Emulgator verwendet wird und üblicherweise in Molkerei- und Backwaren vorhanden ist.

Hagar. Diese Substanz, ein Polysaccharid, verfestigt fast alles, was flüssig ist. Agar ist ein kolloidales Mittel, das zum Verdicken, Suspendieren und Stabilisieren verwendet wird. Es ist jedoch am besten für seine einzigartige Fähigkeit bekannt, bei niedrigen Temperaturen thermisch reversible Gele zu bilden. Agar wird in China seit dem 17. Jahrhundert verwendet und wird derzeit in Japan, Korea, Australien, Neuseeland und Marokko hergestellt.

Agar

Agar

Heute dient Agar Wissenschaftlern weltweit als gelatineähnliches Medium für die Züchtung von Organismen in wissenschaftlichen und medizinischen Studien. Agar wird in der pharmazeutischen Industrie häufig als Abführmittel oder als inerter Träger für Arzneimittel verwendet, bei denen eine langsame Freisetzung des Arzneimittels erforderlich ist. Bakteriologie und Mykologie verwenden Agar als Versteifungsmittel in Wachstumsmedien.

Agar wird auch als Stabilisator für Emulsionen und als Bestandteil von kosmetischen Hautpräparaten, Salben und Lotionen verwendet. Es wird in Fotofilmen, Schuhcreme, Zahnabdruckformen, Rasierseifen, Handlotionen und in der Bräunungsindustrie verwendet. In Lebensmitteln wird Agar als Gelatineersatz, als Trockenmittel in Brot und Gebäck sowie zum Gelieren und Andicken verwendet. Agar wird bei der Herstellung von Schmelzkäse, Mayonnaise, Pudding, Cremes, Gelees und bei der Herstellung von gefrorenen Milchprodukten verwendet.

Nori, das japanische Wort für Algen, ist auf der ganzen Welt beliebt, aber besonders in Asien, wo es mit einer Vielzahl von Namen wie Kombu, Wakame, Hai Dai, Laminaria und Limu serviert wird. Schottische Köche nennen es dulse und die Iren nennen ihr Produkt Dillisk. Amanori ist speziell das aus der Porphyra-Art hergestellte Lebensmittel, da es essentielle Aminosäuren, Vitamine und Mineralstoffe enthält. In Korea ist Porphyra als Kim oder Lavor bekannt. Es bietet gesunde Lebensmittel, die frei von Zucker und Fett sind, die mit der westlichen Ernährung verbunden sind.

Wilde Populationen von Binnen-, Süßwasseralgen werden seit prähistorischen Zeiten wegen ihres frischen Geschmacks und ihres Nährwerts gesammelt und verzehrt. Eines der häufigsten Nostocs besteht aus langen Perlenketten und bildet eine gallertartige Ansammlung von Filamenten. Die einzelnen Filamente sind mikroskopisch klein, aber Aggregate treten als Kügelchen aller Größen auf und ähneln Weintrauben.

Nostoc

Nostoc

Die mikroskopisch kleinen Filamente von Spirulina bilden keine ovalen Kügelchen, sondern häufen sich oft zu schwimmenden Klumpen, die vom Wind gegen das Ufer geschoben werden. Andere Algenarten erscheinen als Fäden frei schwebender Massen oder Fäden, die in schnell fließendem Wasser an Felsen haften. Spirulina, in Pulverform, führt die meisten herkömmlichen Lebensmittel sowohl im Gesamt- als auch im verwertbaren Protein an. Lediglich Geflügel und Fisch sind mit mehr als 45% verwertbarem Protein überlegen. Spirulina passt zu Fleisch- und Milchprodukten mit 30% bis 45% Protein. Spirulina und Nostoc bieten mehr Protein nach Gewicht als jedes andere Gemüse. Earthrise Nutritionals produziert auf seiner 500 Hektar großen Farm in Südkalifornien jedes Jahr 100 Tonnen essbare Spirulina.

Earthrise-Farmen

Earthrise-Farmen

Die Auswahl der Algenarten wird für Algenproduzenten weiterhin ein kritisches Thema sein, da die richtige Wahl der Arten Anbau, Ernte, Extraktion und den Wert der hergestellten Produkte verbessert. Glücklicherweise bieten die Algenartensammlungen umfangreiche Informationen zu den Arten in ihren Sammlungen und machen diese Arten zu geringen Kosten zuverlässig verfügbar.

Adaptiert von: Strategie für grüne Algen: Ölimporte beenden und nachhaltige Lebensmittel und Kraftstoffe entwickeln, 2008

KAPITEL 7: Algenkultivierung

Algen wachsen in offenen, geschlossenen oder halbgeschlossenen Systemen in runden, langen oder röhrenförmigen Tanks, die den Zugang der gesamten Biomasse zum Sonnenlicht maximieren. Das Wachstum erfolgt nur in der obersten Schicht, etwa zwei Zoll, des Wachstumsmediums, es sei denn, es findet eine Vermischung statt. Das Wachstum neuer Zellen blockiert das Sonnenlicht für die darunter liegenden Pflanzen. Um allen Algen ausreichend Licht zu geben, ist ein halbkontinuierliches Mischen erforderlich. Einige Produktionssysteme platzieren Lichtquellen in der Nähe oder im Wasser, um das Sonnenlicht zu verstärken.

Das Wachstum basiert auf einer Vielzahl von Variablen, die nicht nur das Wachstum einschränken, sondern auch die Algenzusammensetzung verändern können. Zu den primären Variablen gehören die folgenden.

Licht. Normalerweise sorgt Sonnenlicht für ausreichend Licht, aber auch künstliches Licht funktioniert – insbesondere für Indoor-Anbausysteme. Einige Anbausysteme können geneigt werden, um die Ausrichtung zur Sonne und zum reflektierten Licht zu optimieren. Einige Hersteller experimentieren mit gebogenem Licht mithilfe von Spiegeln oder Glaskabeln und andere verwenden LED-Leuchten, die den Energieverbrauch minimieren.

Mischen. Da das meiste Wachstum in der obersten Schicht der der Lichtquelle zugewandten Oberfläche stattfindet, ist eine Durchmischung zwingend erforderlich. Jede Zelle muss sich während ihrer hellen und dunklen Wachstumsperioden in das Licht hinein und wieder heraus bewegen, während sie CO2 aufnimmt und O2 ausatmet. Algen sind schwerer als Wasser und würden ohne Vermischung von ihrer Lichtquelle absinken.

Algen wachsen so schnell, dass sie in stillem Wasser schnell nährstoffarm sind. Sie können sich nicht bewegen und nach Nahrung grasen, da sie normalerweise keinen Antrieb haben. Das Mischen bringt Nährstoffe und CO₂ zu jeder Algenzelle und sorgt für intermittierende Lichteinwirkung. Das Mischen hilft auch dabei, O2 aus dem Wasser in die Atmosphäre freizusetzen. Zu viel oder zu wenig Mischen behindert das Wachstum und grobe Mischverfahren können Zellschäden durch Scherbeanspruchung verursachen.

Einige Algen haben zwei interessante Unterscheidungsmerkmale entwickelt: Geißeln und Augenflecken. In einem bestimmten Wachstumsstadium wachsen bei einigen Algen Flagellen, schlanke Fortsätze aus dem Körper wie Spermaschwänze, die sich peitschenartig bewegen, um die Algen anzutreiben. Der Augenfleck erkennt Licht und die Geißeln treiben die Pflanze dem Licht entgegen. Die Bewegung ist sehr langsam, möglicherweise ein Zoll pro Stunde.

Water. Algen wachsen in fast jedem Wasser gut. Sie sind besonders gut darin, mithilfe der Photosynthese gelöste Nährstoffe und Metalle im Abwasser in grüne Biomasse umzuwandeln, wo die Metalle entfernt und zurückgewonnen werden können. Produktionssysteme können je nach angebauter Art Abwasser, Grauwasser und Salz- oder Meerwasser verwenden. Anbausysteme können das Wasser recyceln, sodass der einzige Verlust durch Verdunstung entsteht.

CO₂. Ungefähr die Hälfte des Trockengewichts der Mikroalgenbiomasse besteht aus Kohlenstoff, der typischerweise aus CO&sub100; oder Carbonaten gewonnen wird und bei Tageslicht kontinuierlich zugeführt wird. Je 183 Tonnen Algenbiomasse werden etwa 20 Tonnen CO₂ fixiert. Das Lieblingsnahrungsmittel der Algen, CO₂, muss als Gas oder in Bikarbonatform zugesetzt werden, da Kulturalgen zu schnell wachsen, um ausreichend CO₂ aus dem Wasser aufnehmen zu können. Das meiste Wasser ist in CO₂ zu verdünnt für eine hohe Produktion. Druckluft, die mit CO₂ bis zu XNUMX % vermischt ist, liefert typischerweise Kohlenstoff für die Algenphotosynthese. Industrielles CO₂ oder Rauchgase sind typische Quellen, aber einige Kohlekraftwerke produzieren zu viel Schwefel, was das Algenwachstum hemmen kann. Einige Hersteller wie Solazyme verwenden eine organische Kohlenstoffquelle in Form von Essigsäure oder Glucose.

Nährstoffe Algen ernähren ihr Wachstum mit den gleichen Düngemitteln, die für Landpflanzen verwendet werden, aber die Düngemittel können aus Abfallströmen stammen, die für Landpflanzen zu salzig sind. Algenwachstum verbraucht weit weniger Stickstoff und andere Düngemittel pro Pfund Biomasse als Nahrungsgetreide wie Mais und die Nährstoffe sind einfacher und kostengünstiger anzuwenden. Gelöste chemische Düngemittel oder Nährstoffe aus Abfallströmen werden von Algen weitaus effizienter verwertet als Landpflanzen, da die winzigen einzelligen Algen die Nährstoffe direkt verbrauchen und die Nährstoffe nicht über weite Strecken transportieren müssen. Nicht verbrauchter Dünger kann auch mit dem recycelten Wasser wiederverwendet werden.

pH. Der Säuregehalt des Wassers kann spezifisch für die produzierte Algenart sein. Die Kontrolle des pH-Werts des Wassers stellt eine gute Strategie dar, um das Wachstum konkurrierender Algen zu verzögern. Der pH-Wert des Wassers ist aufgrund der hohen Photosyntheseaktivität, die ein Maximum an CO₂ verbraucht, wahrscheinlich um die Mittagszeit am höchsten.

Stabilität. Die Aufrechterhaltung eines stabilen Wachstumsumfelds bereitet aufgrund der hohen Wachstumsgeschwindigkeit Schwierigkeiten. Das Wachstumsmedium kann zu viel von Nährstoffen oder O2 zurückhalten, was zu Stress und/oder Veränderungen der Zusammensetzung der Pflanzen führen kann. Einige Hersteller fangen freigesetztes O2 ein und verkaufen das reine Gas als Mehrwertprodukt.

Algakulturproduktion
Algenbiomasse wächst in Teichen oder Containern, die als Biofabriken oder Kulturalgenproduktionssysteme (CAPS) bezeichnet werden. Wasser, anorganische Nährstoffe, CO₂ und Licht werden der Algenkultur zugeführt, um das Biomassewachstum zu fördern. Algen bevorzugen diffuses Licht, das nicht zu hell ist, daher verwenden einige Systeme Schattierungen, die das Licht einschränken und streuen. Verschiedene Arten produzieren am besten bei bestimmten Temperaturen, daher verwenden einige Systeme recyceltes Wasser an der Außenseite der Biofabrik, um die optimale Temperatur aufrechtzuerhalten.

Auch wenn CO&sub5; etwa XNUMX % der Produktionskosten ausmachen kann, können diese Kosten minimiert werden, indem die Biofabrik in der Nähe eines Kraftwerks oder einer Produktionsanlage, die CO&subXNUMX; produziert, aufgestellt wird. Nährstoffe können aus Abwasser, aus dem Algentank oder aus geerntetem Dünger gewonnen werden. Nach der Entfernung des Algenöls enthält die verbleibende Biomasse erhebliche Nährstoffe.

Biomassewachstum

Biomassewachstum

Geschlossene Systeme bieten den Vorteil, dass nährstoffreiches Wasser durch das System recycelt werden kann. Diese Praxis senkt die Kosten für zusätzliche Nährstoffe erheblich. Es minimiert auch den Wasserverlust durch Verdunstung. Algakultursysteme, die stark salzhaltiges Wasser verwenden, wie landwirtschaftliche Abfallströme oder Solewasser, produzieren eine Biomasse mit beträchtlichem Salzgehalt, die bei der Extraktion von Nebenprodukten entfernt werden muss. Einige Geschäftsmodelle sehen vor, mit Algen Schwermetalle aus Industrieabwässern zu gewinnen, die dann extrahiert und auf dem Chemiemarkt verkauft werden.

Die Ernte kann täglich durch Filtrieren, Zentrifugieren oder Ausflocken erfolgen. Die in der Brühe suspendierten Zellen werden vom Wasser getrennt und Restnährstoffe werden der Biomasseproduktion wieder zugeführt. Aus der gewonnenen Biomasse wird Algenöl gewonnen und in Biodiesel umgewandelt. Ein Teil der Nicht-Öl-Biomasse kann als Tierfutter, Düngemittel und für andere Nebenprodukte verwendet werden.

Ein Teil der verbrauchten Biomasse wird einer anaeroben Vergärung unterzogen, um Biogas zu erzeugen, das Strom erzeugt, der die Biomassemischung und den Wassertransport antreibt. Abwässer aus der anaeroben Vergärung können für die Algenproduktion oder als nährstoffreiches Bewässerungswasser verwendet werden. Der größte Teil des aus dem Biogas erzeugten Stroms wird in der Biomasseproduktion verbraucht und überschüssige Energie kann an das Netz verkauft werden. Einige Systeme verwenden Sonnenkollektoren mit Photovoltaikzellen, um Sonnenenergie direkt in Strom umzuwandeln, der normalerweise direkt verwendet oder in Batterien gespeichert wird.

Algakultur-Produktionssystem

Algakultur-Produktionssystem

Bei einer kontinuierlichen Kultur wird frisches Kulturmedium mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt und die gleiche Menge an Mikroalgenbrühe entnommen. Die Fütterung stoppt während der Nacht, aber das Mischen wird fortgesetzt, um das Absetzen der Biomasse zu verhindern. Bis zu 20 % der bei Tageslicht produzierten Biomasse können während der Nacht verbraucht werden, um die Zellen bis zum Sonnenaufgang zu erhalten. Der nächtliche Biomasseverlust hängt von der Wachstumslichtstärke, der Wachstumstemperatur und der Nachttemperatur ab. Einige Produktionssysteme experimentieren mit Nachtlichtern, um die Produktivität zu steigern.

Mikroalgen enthalten hohe, aber variable Prozentsätze der wichtigsten Makronährstoffe: typischerweise 20-50% Protein, 5-30% Kohlenhydrate und 10-30% Lipide, mit etwa 10% Asche oder Abfall. Die Anteile jedes Nährstoffs können durch die Auswahl der Arten, variierende Wachstumsbedingungen oder durch Ernten der Algen in verschiedenen Wachstumsstadien modifiziert werden. Die meisten Arten sind reich an Aminosäuren und bieten eine Vielzahl von Pigmenten. Die Zuckerzusammensetzung von Polysacchariden ist sehr variabel, aber die meisten Arten haben hohe Glukoseanteile von 20-87%. Mikroalgen enthalten erhebliche Mengen an Mikronährstoffen und Antioxidantien wie Vitamine, Ascorbinsäure, Riboflavin, Carotinoide und eine Vielzahl neuartiger Lipide.

Nachdem die Ölkomponente für Biokraftstoff verwendet wurde, kann die verbleibende proteinreiche Biomasse entfeuchtet und in einer geeigneten Form, wie beispielsweise einem Kuchen, gelagert werden, der keine Kühlung erfordert und ungefähr zwei Jahre haltbar ist. Der Algenkuchen kann in verschiedene Lebensmittel, Lebensmittelzutaten, Futtermittel, Düngemittel, feine Medikamente oder andere Bestandteile getrennt werden.

Algenkomponenten, Produkte und Verwendungen

Algenkomponenten, Produkte und Verwendungen

Die Algenproduktion für Nahrungsmittel, Kraftstoffe, Medikamente oder andere Nebenprodukte kann COXNUMX-neutral sein, da der Strom, der für die Produktion und Verarbeitung der Algen benötigt wird, aus dem Methan stammen kann, das durch anaerobe Vergärung der nach der Ölgewinnung verbleibenden Biomasserückstände entsteht. Der bescheidene Energiebedarf für Mischen und Ernten kann auch aus anderen kohlenstofffreien Quellen wie Wind, Geothermie oder Sonne stammen.

Die geerntete Biomasse ist in dem Sinne extrem formbar, dass sie in gleicher Form wie Mais-, Weizen-, Reis- oder Sojaprodukte gelagert werden kann. Dazu gehören proteinreiche Milch, weiche Maische jeder Größe, Form oder Textur, Tortilla, Cracker oder Mehl. Die Biomasse kann zu texturiertem Pflanzenprotein mit hinzugefügten Fasern verarbeitet oder extrudiert werden, um Zusätze für Fleisch herzustellen, die die Feuchtigkeitsspeicherung verbessern und das Protein erhöhen, während der Fettgehalt gesenkt wird.

Unsere zukünftigen Lebensmittel werden wahrscheinlich mit Algen und fortschrittlichen Verbindungen aus Algen angereichert sein.

Adaptiert von: Strategie für grüne Algen: Ölimporte beenden und nachhaltige Lebensmittel und Kraftstoffe entwickeln, 2008

KAPITEL 8: Haben uns Algen zu Menschen gemacht?

Algae retteten unseren Planeten vor 3.5 Milliarden Jahren, indem sie das heiße und tödliche CO . umwandelten2 und Methanatmosphäre zu genug Sauerstoff, um das Leben zu unterstützen. Vor nur 2 Millionen Jahren haben Algen möglicherweise eine weitere unglaubliche Leistung vollbracht, indem sie die Mikronährstoffe lieferten, die die Vergrößerung des menschlichen Gehirns auslösten. Gehirne, die sich dreimal größer ausdehnten als Schimpansen, unterschieden unsere Homo Vorfahren von ihren vormenschlichen und Primaten-Cousins.

Eine mysteriöse Nährstoffquelle löste vor etwa 2 Millionen Jahren eine Gehirnvergrößerung, Enzephalation, aus. Wissenschaftler sind sich einig, dass frühe Hominoide eine energiereichere Ernährung finden mussten, die reicher war als ihre vorherige Primatendiät aus Nüssen, Blättern, Rinde, Trieben, Wurzeln und Insekten. Die neue Ernährung musste reich an lebenswichtigen Nährstoffen sein, insbesondere an Proteinen und Omega-3-Fettsäuren, um die Gehirnvergrößerung zu unterstützen. Lehrbücher deuten darauf hin, dass früh Homo gingen einen einstufigen Weg zur Enzephalisation, indem sie ihre Ernährung um Wildfleisch aus der Savanne erweiterten, das die Energie und Nährstoffe geliefert hätte, die für die Entwicklung und Unterstützung größerer Gehirne erforderlich wären.

Der Fleischerwerb hätte jedoch kleine (etwas größere als Schimpansenhirne) und magere frühe Hominoide erfordert, um mit Wildtieren um den Fleischerwerb zu konkurrieren. Früh Homo opferte Muskelmasse, Größe und Geschwindigkeit für das aufrechte Gehen und eine leichte Zunahme der Gehirngröße. Das Wildfleisch-Szenario ignoriert das erhebliche Energie- und Überlebensrisiko, das mit dem Wettbewerb mit viel größeren, schnelleren und stärkeren Wildtieren mit spezialisierten Aasfresser- und Jagdfähigkeiten verbunden ist. Afrikanische Raubtiere waren vor 2 Millionen Jahren doppelt so groß wie heute.

Das menschliche Gehirn vergrößerte sich eine Million Jahre, bevor Jagdwaffen oder Kochfeuer erfunden wurden. Hatte früh Homo Fleisch ohne Waffen gejagt, wären sie höchstwahrscheinlich zur Nahrungskette geworden. Selbst wenn sie Fleisch gefunden hatten, fehlten ihnen die Zähne, um rohes Fleisch abzureißen oder zu zerkauen. Ihre Mägen konnten rohes Fleisch nicht verdauen, was ihnen wahrscheinlich heftigen Durchfall beschert hätte. Eine nahrhafte, sichere, bequeme und verdauliche Nahrungsquelle, die reich an Omega-3-Fettsäuren ist, muss dem Verzehr von Wildfleisch vorausgehen, um die Anfangsstadien der Gehirnvergrößerung zu ermöglichen.

Früher kleinhirniger Homo

Links: Früher kleinhirniger Homo. Rechts: Mächtige Säbelzahntiger.

Omega-Fettsäuren 3
DHA besteht zu 27% aus den mehrfach ungesättigten Fettsäuren und zu 97% aus den Omega-3-Fettsäuren im Gehirn. Arachidonsäure (ARA), ein langkettiges, mehrfach ungesättigtes Omega-6-Fett, besteht zu 35 % aus mehrfach ungesättigten Fettsäuren und zu 48 % aus Omega-6-Fettsäuren im Gehirn. Zusammen machen DHA und ARA fast zwei Drittel des strukturellen Fetts im Gehirn aus. Sie sind für die normale Entwicklung und Funktion des Gehirns sowie für Augen- und Herzoperationen unerlässlich. Diese Fettsäuren sind in der Gehirnregion konzentriert, die für komplexe Denkfähigkeiten verantwortlich ist – entscheidend für die Nahrungsaufnahme.

Säugetiere haben eine begrenzte Fähigkeit, DHA und ARA aus Nahrungsvorläufern zu synthetisieren, daher waren Fettsäuren wahrscheinlich die limitierenden Nährstoffe, die die Entwicklung einer größeren Gehirngröße in den meisten Säugetierlinien einschränkten. Wildpflanzennahrungen, die in der afrikanischen Savanne erhältlich sind, Gräser, Körner, Knollen und Nüsse enthalten vernachlässigbare ARA und DHA. Muskelgewebe und Organe wilder afrikanischer Wiederkäuer hätten nur mäßige Mengen dieser Schlüsselfettsäuren bereitgestellt.

Entlang der Nahrungskette
Anstatt die Nahrungskette zu Wildfleisch aufzusteigen, könnte der erste Schritt der frühen Hominoiden stattdessen in der Nahrungskette gewesen sein, als sie Algen mit ihrem Trinkwasser aufgenommen haben. Der Verzehr von Algen war möglicherweise beabsichtigt, aber eher zufällig, da die winzigen Algenzellen nur in dem Sinne sichtbar waren, dass sie das Wasser leicht grün färbten. Die Seen und Feuchtgebiete im Rift Valley, in denen der Mensch größere Gehirne entwickelt hat, beherbergen einige der ältesten Seen und Feuchtgebiete der Erde, die reichlich natürliche Bestände der protein- und nährstoffreichen Spirulina-Algen produzieren. Spirulina ist das meistverkaufte Algen-Nahrungsergänzungsmittel auf dem heutigen Markt, da es einen kompletten Satz essentieller Nährstoffe liefert. Ein Hominoid-Stamm auf der Leeseite eines Algensees hat möglicherweise täglich mehrere Gramm Algen mit seinem Trinkwasser aufgenommen. Diese wenigen Gramm Algen hätten nicht genügend Ballaststoffe oder Protein für eine vollwertige Ernährung geliefert. Algen hätten als natürliche Nahrungsergänzung gewirkt, um die essentiellen Nährstoffe, Vitamine und Antioxidantien zu liefern, die den grünen Funken für die Enzephalisation lieferten.

Früh Homo möglicherweise von dem grünen süßen Wasser angezogen worden, weil ihre milde, trockene und kiesige Ernährung fast ohne Süße war. Algen ziehen eine Vielzahl anderer nahrhafter Mikroorganismen an, darunter Hefen, Pilze, Bakterien, Viren und andere Mikroorganismen, die einen zusätzlichen Nährwert geliefert hätten. Bei der Einnahme erzeugen Algen ein Sättigungsgefühl durch eine moderate Glukosefreisetzung, was für Mütter mit hungrigen Säuglingen ein Glücksfall gewesen wäre. Algen erleichtern auch die Verdauung, so dass Mütter möglicherweise dafür gesorgt haben, dass ihre Nachkommen nach den Mahlzeiten grünes süßes Wasser mit Algen tranken. Auf der Leeseite von Seen und Feuchtgebieten bläst der Wind Algen in Matten, die mit einer Handbewegung leicht hätten geerntet werden können. Diese konzentrierten Algen könnten sowohl wegen ihres süßen Geschmacks als auch wegen ihres Proteinwertes attraktiv gewesen sein.

Als ihr Gehirn sich vergrößerte, früh Homo haben möglicherweise ihre Ernährung erweitert, indem sie das aquatische Ökosystem für Algenfresser genutzt haben, die mit Algenprotein und Nährstoffen wie Wirbellosen, Muschel- und Flossenfischen, Insekten und Amphibien beladen sind. Algennährstoffe waren das ganze Jahr über lokal verfügbar und konnten leicht geerntet und verzehrfertig oder getrocknet und für den späteren Verzehr gelagert werden. Algen könnten als das ursprüngliche schmackhafte Fertiggericht gedient haben und gesundes Protein mit einem vollständigen Satz an kritischen Aminosäuren, essentiellen Fettsäuren, die die Gehirn- und Körperentwicklung unterstützten, sowie wichtigen Vitaminen und Mineralstoffen lieferten. Indigene Bevölkerungen in Afrika ernten weiterhin Algen von Matten, die auf dem Wasser schwimmen, um sie als Nahrungsergänzungsmittel zu verwenden.

Frauen, die Algen ernten

Frauen, die Algen ernten. Drawing in Human Nature, März 1978, von Peter Furst.

Gesundheit
Frühe menschliche Gehirne waren nicht der einzige Körperteil, der von Algen profitierte. Heute sind die vier weltweit häufigsten Mangelkrankheiten im öffentlichen Gesundheitswesen: Mangelernährung, ernährungsbedingte Anämie (Eisen- und B12-Mangel), Xerophthalmie (Vitamin-A-Mangel) und endemischer Kropf (Jodmangel). Jeder dieser Nährstoffmängel hätte Vormenschen herausgefordert, die weder über Jagdwaffen noch Jagdfähigkeiten verfügten und auch keine Kochfeuer hatten. Wald- und Savannenpflanzennahrung, insbesondere im Winter und Frühjahr, hätte den frühen Hominoiden schwere Nährstoffmängel auferlegt. Ohne Kochfeuer, um die Zellwände aufzuweichen und Nährstoffe in Lebensmitteln wie Nüssen, Körnern, Trieben und Wurzeln freizusetzen, wäre ein Großteil der Nährwerte zu früh verloren gegangen Homo.

Es mag unwahrscheinlich erscheinen, dass ein winziger Algenzusatz ausreichend Vitamin A, Jod, Eisen, Zink und andere Nährstoffe liefern kann, selbst wenn die lokale Ernährung dies nicht tut. Typischerweise sind diese kritischen Spurenelemente im lokalen Wasser vorhanden, jedoch in extrem schwacher Verdünnung. Menschen, insbesondere Kinder, können nicht genug Wasser trinken, um ausreichend Jod aufzunehmen. In vielen Ökosystemen steht nur wenig Süßwasser zum Trinken zur Verfügung. Das Geheimnis der Algen für ihren hohen Nährwert beruht auf ihrer Fähigkeit, Nährstoffe in Wasser auf das 1,000-fache der Umgebungskonzentration zu bioakkumulieren. Dies bedeutet, dass Algen diese Nährstoffe in der grünen Biomasse konzentrieren können, selbst wenn einige Nährstoffe, Mineralien oder Vitamine in der menschlichen Ernährung fehlen.

Sobald die Gehirne und Körper der Hominoiden eine kritische Masse erreichten, Homo sapiens erweiterten ihre Ernährung und wurden schließlich Jäger. Der erste Fossiliennachweis einer Jagdwaffe ist erst 400,000 Jahre alt. Die Hinzufügung von Jagdwaffen und Kochfeuern ermöglichte dann eine vielfältigere Ernährung und die Entwicklung moderner menschlicher Gehirne, Kommunikation und Kooperation.

Der Ernährungsweg zur Menschwerdung war vielleicht kein Schritt in der Nahrungskette, um Savannenwildfleisch zu ernten. Wahrscheinlicher ist, dass unsere Vorfahren zuerst zwei Stufen der aquatischen Nahrungskette entlang gewandert sind, um die ernährungsphysiologischen Vorteile von Algen, insbesondere der Omega-3-Fettsäuren, zu erhalten. Nachdem sich ihre Gehirne dank Algennährstoffen vergrößert hatten, waren unsere Vorfahren bereit, den großen Schritt auf dem terrestrischen trophischen Nahrungsnetz zu wagen, um Wildfleisch zu ernten.

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