Conceptos básicos sobre algas

algaeurope.org   Mujeres de Algas

Capítulo 1
La pequeña planta que salvó nuestro planeta

Capítulo 2
¿De qué se trata todo sobre las algas?

Capítulo 3
Historia y política de las algas

Capítulo 4
¿Cuáles son las ventajas competitivas de las algas?

Capítulo 5
Clasificación de algas

Capítulo 6
Selección de especies de algas

Capítulo 7
Cultivo de algas

Capítulo 8
¿Nos hicieron humanos las algas?

Las algas convierten CO2

Las algas convierten el CO2 en un enlace vegetal y liberan O2

Conceptos básicos de las algas por el Dr. Mark Edwards

CAPÍTULO 1: La diminuta planta que salvó nuestro planeta

ALas lgas salvaron nuestro planeta al transformar nuestra atmósfera en oxígeno, permitiendo que exista vida. Las algas nos salvaron nuevamente al proporcionarnos el primer alimento de la Tierra. ¿Podrían las algas salvar nuestro planeta una vez más?

La Tierra primitiva no sustentaba criaturas vivientes ni alimento. Hace unos 3.7 millones de años, no existía vida porque la superficie de la Tierra estaba demasiado caliente y no había oxígeno. La atmósfera de la Tierra estaba compuesta por una capa de gas metano y CO2 mortal que atrapa el calor.

Los registros fósiles muestran que una pequeña planta surgió en la sopa primordial e hizo algo extraordinario. La planta absorbió la energía del sol y utilizó una reacción química, la fotosíntesis, para dividir una molécula de CO2 y una de agua. La pequeña planta convirtió el átomo de carbono en un enlace vegetal verde de alta energía, un hidrocarburo, al tomar dos átomos de hidrógeno del H2O y liberar la molécula de oxígeno a la atmósfera. Las algas habían comenzado su trabajo para cambiar la atmósfera.

La abiogénesis, el estudio de cómo surgió la vida en la tierra, utiliza una teoría de la sopa primordial y sugiere que las condiciones químicas de la Tierra crearon los componentes esenciales de la vida. Mientras continúa el debate sobre cómo se sintetizó exactamente la primera vida, los fósiles sugieren que la primera célula vegetal, las cianobacterias, también conocidas como algas verdiazules, tenían el tamaño de una nanopartícula, 5 µ (micrones). El período al final de esta oración es de aproximadamente 500 µ.

Las algas recolectaron sistemáticamente energía solar, secuestraron átomos de carbono y liberaron oxígeno. Moviéndose a la velocidad increíblemente lenta de una pequeña molécula a la vez, las algas transformaron la dura atmósfera de dióxido de carbono que no podía sustentar la vida en una atmósfera de oxígeno que sustentaba la vida. Las algas tardaron otros 3 mil millones de años en crear suficiente oxígeno para sustentar otras formas de vida porque las plantas terrestres evolucionaron a partir de las algas hace solo unos 500 millones de años.

La transformación atmosférica de las algas permitió el desarrollo de otras plantas acuáticas, peces, insectos, plantas terrestres, anfibios, reptiles y eventualmente animales terrestres. Aunque las microalgas son las plantas más pequeñas de nuestro planeta, cada día las algas crean el 70% del oxígeno atmosférico, más que todo el bosque y los campos juntos.

El segundo regalo de las algas: la comida
La contribución de las algas a nuestra atmósfera rica en oxígeno se corresponde con el otro regalo de esta pequeña planta: que sirve como base de la cadena alimentaria. Muchas de las primeras plantas y criaturas acuáticas dependían de las algas como fuente de alimento. Las algas sirven como alimento nutritivo para todo, desde el fitoplancton más pequeño hasta el mamífero más grande de la tierra, la gran ballena azul, porque la planta ofrece un excelente conjunto de proteínas, minerales y vitaminas. Todos los días, mientras las algas capturan CO2 y liberan oxígeno puro, la biomasa verde proporciona alimento a 100 veces más organismos que cualquier otra fuente de alimento en la Tierra.

Las brutales condiciones en la Tierra significaron que las primeras células de algas tuvieron que evolucionar y reevolucionar millones de veces cuando sus microambientes se estrellaron con tormentas eléctricas y calor severo seguido de heladas y lluvias de meteoritos de rocas sobrecalentadas. Las algas mostraron una persistencia increíble y desarrollaron una amplia variedad de mecanismos de defensa que permitieron que las plantas sobrevivieran y se propagaran. La capacidad de las algas para adaptarse rápidamente con el fin de sobrevivir llevó a un estimado de 10 millones de especies de algas, cada una con capacidades de crecimiento y composición de biomasa únicas.

Dado que las algas formaban el peldaño más bajo de la cadena alimentaria, desarrollaron una brillante estrategia de supervivencia: la capacidad de crecer más rápido de lo que sus depredadores podían comer. Los herbívoros que se alimentaban de algas comían muchas, pero no todas, las plantas de crecimiento rápido. La capacidad de propagarse más rápido de lo que sus depredadores podían devorarlas creó una tremenda ventaja competitiva y aseguró la supervivencia de las algas. Las algas pueden haber sido el primer almuerzo gratis porque muchas especies desarrollaron la capacidad de duplicar su biomasa antes del mediodía. Una sola célula de algas puede crear un millón de crías en un día.

La proliferación de algas era común en océanos, lagos y estanques antiguos. Los combustibles fósiles que quemamos hoy están compuestos principalmente por algas fosilizadas. A los niños se les enseña en la escuela que el petróleo crudo proviene de los dinosaurios, pero los dinosaurios vagaron por la tierra unos 200 millones de años demasiado tarde para convertirse en la biomasa preferida de los combustibles fósiles.

La mayoría de las especies de algas son tan pequeñas que solo son visibles al microscopio. Sin embargo, las algas pueden agruparse, agruparse, agruparse o crecer en formaciones visibles y comestibles. Las algas suelen ser más pesadas que el agua y se asientan, creando una capa de nieve verde en el fondo de un estanque. La energía solar verde de las algas alimenta el crecimiento de billones de organismos diariamente a medida que la energía almacenada de las algas asciende en la cadena alimentaria.

Las algas marinas llamadas algas marinas o macroalgas a menudo crecen en formas que tienen la apariencia de plantas terrestres con pseudo raíces, troncos y hojas. Esta evolución paralela permite que las algas marinas crezcan hasta alcanzar tamaños tan grandes como árboles. Las macroalgas a menudo son consumidas directamente por peces y mamíferos como nutrias marinas, manatíes, delfines y ballenas. Las macroalgas proporcionan una variedad de colores brillantes para los océanos y mucha más biomasa de la que los herbívoros pueden comer.

Las algas crecen en los bosques bajo los casquetes polares, en los suelos bajo los glaciares, en los desiertos más cálidos y secos, así como en piscinas, acuarios y cursos de agua. La simplicidad de las algas permite que estas plantas sean increíblemente robustas; no solo sobreviven, sino que producen biomasa de alto valor en entornos extremadamente difíciles. Los entornos más duros que existen hoy en la Tierra probablemente parezcan dóciles para una planta que sobrevivió a las duras condiciones ambientales hace miles de millones de años.

Abundantes insumos
Las algas utilizan insumos abundantes y, a menudo, excedentes, incluidos la luz solar, el CO2 y los desechos, la salmuera o el agua del océano. La fotosíntesis de las algas elimina el CO2 y los nutrientes del agua circundante y produce biomasa vegetal compuesta de diversas formas de lípidos (aceites), proteínas y carbohidratos. El proceso libera una cantidad considerable de oxígeno puro a la atmósfera.

Las algas utilizan insumos abundantes y baratos

Las algas utilizan insumos abundantes y baratos

Las algas sirven como una importante fuente de alimento para muchos organismos en entornos naturales sin cultivo humano. Las algas silvestres que crecen en entornos naturales producen un crecimiento de biomasa increíblemente rápido, pero no son confiables ni sostenibles porque la producción suele colapsar debido a la limitación de nutrientes o al ataque de depredadores. El cultivo de algas en estanques, abrevaderos o contenedores permite mejoras significativas en la productividad con respecto a las algas silvestres porque se pueden proporcionar suficientes nutrientes y se pueden controlar o evitar los depredadores.

La limitación de nutrientes más común en entornos naturales se produce por el carbono, el nitrógeno o el fósforo. Los nutrientes inorgánicos, como el nitrógeno, están disponibles solo en la medida en que estén disponibles como iones libres, diluidos en el agua. Sin embargo, las algas pueden consumir rápidamente los iones disponibles en entornos naturales como las lagunas. Una vez más, las algas se adaptaron estratégicamente y muchas especies tienen la capacidad de consumir nutrientes orgánicos de la biomasa biológica u otros desechos.

¿Podrían las algas salvarnos de nuevo?
Las humildes algas salvaron nuestro planeta al secuestrar dos libras de CO2 en cada libra de biomasa de algas. Hoy en día, nuestra atmósfera y océanos transportan cantidades masivas de CO2 de la contaminación por combustibles fósiles provocada por los humanos. Las algas pueden jugar un papel en salvar nuestro planeta nuevamente al reducir la carga de carbono atmosférico. Las algas también pueden reducir los gases de efecto invernadero al producir combustibles de transporte líquidos neutros en carbono que reciclan el carbono atmosférico al tiempo que desplazan los combustibles de transporte fósiles. Los combustibles neutros en carbono se fabrican con materia prima de algas cuando la energía de cultivo, cosecha y refinación proviene de fuentes renovables como la solar, el viento, las olas, la geotermia o el aceite de algas.

Los combustibles de algas ofrecen una ventaja significativa porque se queman limpiamente, sin partículas de hollín negro. La contaminación por hollín negro que causa enfermedades pulmonares, respiratorias y cáncer provino de la fosilización de algas en petróleo crudo, carbón y esquisto durante 400 millones de años. Los combustibles de algas se producen en cuestión de semanas y no se fosilizan, por lo que se queman de forma limpia de forma similar a sus primos terrestres: el aceite vegetal.

Las algas prometen proporcionar soluciones muy necesarias para nuestras sociedades cada vez más calurosas, atestadas, hambrientas y consumidoras de energía. La oportunidad que tenemos ante nosotros es cultivar algas de una manera que involucre a las personas a nivel mundial para producir alimentos y energía sostenibles y asequibles para las necesidades de sus familias y comunidades a nivel local.

CAPÍTULO 2: ¿Qué es todo sobre las algas?

Galletas de espirulina

Galletas de espirulina. Foto cortesía: thedorkyfrench.com

Cadena de valor de las algas.
Algae puede ser el mejor amigo de la humanidad. Las algas pueden proporcionar alimentos y combustible sostenibles y asequibles, así como soluciones ecológicas y novedosas. Cualquier alimento, fibra o material que pueda obtenerse de cultivos terrestres puede obtenerse a partir de algas porque las plantas terrestres evolucionaron a partir de algas hace 500 millones de años. Las algas ofrecen una gama mucho más amplia de colores, texturas, sabores y compuestos que las plantas terrestres. Cualquier combustible, plástico u otros materiales hechos de combustibles fósiles se pueden fabricar a partir de algas porque los combustibles fósiles son simplemente algas fosilizadas o los organismos que se alimentan de algas.

El atributo de las algas más útil no es que podamos hacer casi cualquier cosa a partir de las algas. Lo que distingue a las algas de las plantas terrestres y los combustibles fósiles es cómo se fabrican los alimentos, la energía y los coproductos de las algas. Nuestra atmósfera está sobrecargada de CO2, que se recicla o secuestra de forma natural con la producción de algas. Los cultivos alimentarios fracasarán con el calentamiento global, pero las algas prosperan con el calor. Nuestro mundo tiene tierras de cultivo insuficientes para cultivos alimentarios, sin embargo, las algas pueden producir alimentos y energía suplementarios en tierras no cultivadas.

A nivel mundial, las sociedades están experimentando una escasez de agua dulce, sin embargo, las algas florecen en los desechos, la salmuera o el agua del océano. Ya hemos superado el pico del petróleo y las algas pueden proporcionar combustibles líquidos para el transporte a un costo menor que la extracción de petróleo crudo. Los agricultores se enfrentan a una grave escasez de recursos naturales como el fósforo que las algas pueden recuperar, así como reciclar y reutilizar los nutrientes de las corrientes de desechos animales y humanos.

El cultivo de algas puede producir biomasa valiosa utilizando recursos fósiles mínimos o nulos que compiten con los cultivos alimentarios terrestres y no requieren suelos fértiles, agua dulce, combustibles fósiles, fertilizantes y productos químicos agrícolas fósiles. La ubicación conjunta de la producción de algas en granjas o sitios de desechos municipales permite que las algas transformen estos costosos flujos de desechos de un costo a un centro de ganancias que proporciona energía, alimento para animales y fertilizantes orgánicos ricos. La ubicación conjunta de la producción de algas cerca de fuentes de carbono, como plantas de energía, cementeras o cervecerías, ofrece posibles soluciones de contaminación además de la producción de biomasa para biocombustibles y coproductos valiosos. Mientras que las algas limpian el aire y el agua, la biomasa verde transforma el CO2 y los nutrientes de desecho en azúcares, proteínas, lípidos, carbohidratos y otros compuestos orgánicos valiosos.

ONuestros sistemas de transporte y alimentos actuales son enormemente contaminantes para el aire, los suelos y el agua. Las algas pueden producir alimentos y combustibles neutros en carbono con una huella ecológica positiva. Nuestros combustibles actuales se queman emitiendo partículas sucias de hollín negro, pero las algas se queman limpiamente. Los combustibles de algas se fabrican en pocas semanas y no sufrieron 300 millones de años sufriendo una fosilización profunda y sucia. Los combustibles de algas se queman limpiamente porque son esencialmente aceite vegetal.

Las algas hacen una investigación fascinante porque, según el libro de texto líder Algas por James Graham, Lee Wilcox y Linda Graham, Se estima que existen 10 millones de especies de algas. Probablemente el 90% de todos sus compuestos especiales quedan por descubrir, describir y cultivar. Las algas producen muchos más compuestos que los que se encuentran en plantas o animales terrestres porque hay muchas más especies de algas que otros organismos. Las algas se benefician de más de 3 mil millones de años más de adaptación y evolución que las plantas terrestres y han creado ingeniosas estrategias de supervivencia para maximizar su crecimiento y vitalidad y repeler a los depredadores.

Los componentes de las algas ya están integrados en nuestros alimentos, piensos, cosméticos y medicamentos. Una prueba de canasta de mercado en la Universidad Estatal de Arizona encontró que casi el 70% de los productos que los consumidores compran comúnmente en el supermercado contienen componentes de algas. La mayoría de las personas no comen algas directamente, pero disfrutan de los productos elaborados con componentes de algas que incluyen: harina de algas en lugar de harina de trigo, maíz o soja; aceites de algas que son más saludables y menos engordantes que el aceite de maíz, y nutrientes de algas como los Omega 3.

El delicioso chocolate con algas, bajo en calorías, permitirá a los consumidores tener su pastel y comerlo sin sentirse culpables por las altas calorías. Además de tener menos grasa y más nutrientes que los alimentos terrestres, la investigación en Rusia y Japón sugiere que las algas pueden alterar la actividad enzimática en el hígado que controla el metabolismo de los ácidos grasos, lo que resulta en niveles más bajos de grasa, colesterol y triglicéridos en la sangre. .

Galleta de chocolate con algas
Las algas están en una posición única para proporcionar una cadena de valor de productos y soluciones para las necesidades humanas críticas. La cadena de valor incluye alimentos sostenibles, combustibles, soluciones ecológicas y novedosas, representadas en Algae's Green Promise.

La promesa verde de las algas

Comida

  • Comida. Las algas proporcionan alimentos humanos ricos en proteínas, bajos en grasas, nutritivos, saludables y deliciosos. Las algas proporcionan más vitaminas, minerales y nutrientes que las plantas terrestres y son un alimento saludable natural. Las algas no proporcionan una solución completa para la desnutrición debido a sus pocas calorías.
  • Nota: El valor alimenticio de las algas será subóptimo hasta que se encuentren soluciones para algunos problemas clave; haciendo que las paredes celulares duras sean digeribles y produciendo menos ácidos nucleicos. Todas las demás promesas verdes aguardan únicamente a los sistemas de producción de algas cultivadas a escala macro y micro.
  • Ingredientes de comida. Los componentes de las algas mejoran aproximadamente el 70% de los productos en los supermercados modernos, incluidos productos lácteos, cerveza, refrescos, mermeladas, productos de panadería, sopas, salsas, rellenos para pasteles, pasteles, glaseados, colorantes, remedios para úlceras, ayudas digestivas, gotas para los ojos, cremas dentales. , cremas y champús para la piel.
  • Forraje. Las algas producen alimentos para animales ricos en proteínas, de bajo costo y nutritivos con numerosas vitaminas, minerales y nutrientes. Reemplazar la mitad de los granos alimenticios que se alimentan a los animales vendidos como exportaciones estadounidenses ahorraría 20 millones de acres de tierras de cultivo y varios billones de galones de agua dulce. La producción local de algas en las aldeas alimentaría a millones de animales y salvaría 20 millones de acres al año de bosques y praderas de la desertificación debido al forraje animal.
  • Pesca. Las algas proporcionan un alto contenido de proteínas; Alimentos para peces nutritivos y de bajo costo, vitaminas y nutrientes. Las algas se pueden cultivar in situ, en el agua con los peces de aleta y los mariscos. Los peces tienden a crecer más rápido y con más vitalidad en las algas que en los granos terrestres porque los peces comen algas en su hábitat natural.

Combustible

  • Combustibles: biodiésel. Los aceites de algas extraídos directamente de la biomasa de algas producen biocombustible renovable y sostenible de alta energía a partir de la luz solar, el C02 y las aguas residuales. Reemplazar la producción de etanol en Estados Unidos requeriría 2 millones de acres de desierto, la mitad de un condado de Arizona. Reemplazar el maíz con algas como materia prima para biocombustibles ahorraría cada año 40 millones de acres de tierras de cultivo, 2 billones de galones de agua, 240 millones de toneladas de erosión del suelo y una extensa contaminación del agua.
  • Combustibles: combustible para aviones, etanol e hidrógeno. Las algas pueden producir una variedad de combustibles de transporte líquidos de alta energía, incluida la gasolina. Si bien la refinación generalmente requiere más entrada de energía que exprimir el aceite de algas, es probable que EE. UU. Tenga un excedente de capacidad de refinería de etanol. Las algas se pueden refinar en refinerías de combustibles fósiles en los mismos productos hechos de combustibles fósiles porque los combustibles fósiles son simplemente algas fosilizadas.
  • Combustibles fósiles. Reemplazar la producción de etanol en los Estados Unidos también ahorraría 7 mil millones de galones de combustible fósil utilizado para producir etanol. Mover una décima parte de la producción agrícola de los Estados Unidos de diesel sucio a diesel limpio de algas limpiaría el medio ambiente y ahorraría 1 mil millones de galones de combustibles fósiles anualmente. Se obtendrían ahorros aún mayores de combustibles fósiles por el uso de aceites de algas para sustituir una parte del diesel utilizado por camiones, trenes, barcos y aviones.
  • Fuego - cocinar. El humo negro de los fuegos para cocinar y la calefacción con leña, maleza y estiércol provoca la muerte por humo de 1.6 millones y la discapacidad de 10 millones, en su mayoría mujeres y niños, cada año. El aceite de algas de alta energía y combustión limpia puede acabar con la muerte por humo y las muchas discapacidades del humo. Sustituir la madera, el estiércol y los materiales agrícolas por aceite de algas ahorrará una enorme cantidad de trabajo en la recolección de leña y permitirá la replantación de los bosques.

Soluciones ecologicas

  • Agua dulce. Hacer correr las aguas residuales a través del cultivo de algas alimenta las plantas y limpia el agua. La producción de combustible, forraje o fertilizante utilizando aguas residuales o agua salada ahorra agua que de otro modo se utilizaría para cultivos terrestres. Reemplazar la mitad de las exportaciones de alimentos de Estados Unidos con alimentos de cultivo de algas ahorraría 30 millones de acres de tierras de cultivo, 2 billones de galones de agua y 5 mil millones de galones de combustibles fósiles.
  • Aire fresco. La expulsión de gases de la chimenea a través del cultivo de algas elimina el CO2, los óxidos nítricos, el azufre y los metales pesados ​​como el mercurio de las centrales eléctricas o plantas industriales, secuestra los gases de efecto invernadero y limpia el aire. Las algas representan solo una solución parcial, ya que la planta solo crece con luz solar y las plantas de energía funcionan las 24 horas del día. Algunos productores han reportado éxito con luces de cultivo para producción nocturna.
  • Fertilizante. Las algas fijadoras de nitrógeno pueden proporcionar fertilizantes con alto contenido de nitrógeno a muy bajo costo tanto en producción como en insumos energéticos. El producto es natural, apoya la producción de alimentos orgánicos y puede proporcionar fertilizantes locales baratos a los agricultores de subsistencia en todo el mundo. La ceniza de algas retiene el valor fertilizante después de quemarse en fuegos para cocinar.
  • Bosques. El combustible de aceite de algas de alta energía puede acabar con la necesidad de desnudar los bosques y los pastizales para cocinar y calentar combustible. Los aldeanos pueden replantar sus bosques con árboles de nueces o legumbres como alimento para compensar las bajas calorías proporcionadas por los alimentos derivados de las algas.

Soluciones novedosas

  • Tejidos. Los carbohidratos de algas son similares a la madera y pueden convertirse en textiles, papel y materiales de construcción. El papel de algas y los materiales de construcción salvan los bosques. Las telas ahorran tierras de cultivo para cultivos alimentarios y proporcionan calor. Las algas pueden convertirse en plásticos biodegradables, biocombustibles u otros productos refinados.
  • Ayuda externa. La ayuda exterior estadounidense proporciona alimentos estadounidenses subsidiados, socava o destruye la producción local de alimentos porque los agricultores no pueden competir con los alimentos subsidiados estadounidenses. Regalar alimentos no aborda la causa fundamental del hambre y la pobreza: el control local sobre los recursos alimentarios y la participación de la comunidad. La ayuda exterior de algacultura transferiría conocimientos y algunos materiales iniciales para cultivar alimentos de algas, combustibles, forrajes, fertilizantes y medicinas a nivel local.
  • Ayuda para casos de hambruna y desastres. Las algas, con su rico conjunto de vitaminas y minerales, activan el sistema inmunológico y previenen el hambre a la vez que proporcionan combustible, forraje, tejidos, fertilizantes y medicinas finas. El socorro en casos de desastre con la producción de algacultura local puede evitar la hambruna de millones de personas. La producción local de algas resuelve el problema crítico de la distribución de alimentos.
  • Buenas medicinas. Se pueden fabricar medicamentos, vacunas y productos farmacéuticos de alta calidad y asequibles a partir de coproductos de algas o cultivarse en algas modificadas mediante bioingeniería para producir compuestos avanzados como antibióticos, vitaminas, nutracéuticos y vacunas. Estos compuestos se cultivan hoy en plantas y animales terrestres, por lo que las algas ofrecen una producción significativamente más rápida y de menor costo. Las algas de diseño cultivadas localmente en las aldeas podrían salvar millones de vidas al proporcionar vacunas de bajo costo u otros medicamentos que no necesitan empaque ni distribución. Los medicamentos finos, especialmente los medicamentos personalizados hechos a la medida de un individuo, pueden ofrecer más valor que todos los demás coproductos de algas combinados.

El primer sistema de producción de alimentos de la naturaleza en la Tierra, el cultivo de algas, ofrece beneficios extraordinarios. Las soluciones para los sistemas de cultivo comerciales y de pequeña escala desencadenarán una fiebre del oro verde para producir alimentos, combustibles, forrajes, fertilizantes y medicinas de alto valor y asequibles a partir de algas.

Los productos alimenticios de algas pueden generar una gran cantidad de alimentos y energía al tiempo que reducen la demanda de productos alimenticios que requieren extensas tierras de cultivo, agua dulce, fertilizantes y combustibles fósiles. La producción de alimentos que solo agrega oxígeno a la atmósfera y no contamina los ecosistemas locales proporcionará un rendimiento neto muy positivo para el medio ambiente.

Adaptado de: Jardines solares verdes: la promesa de las algas para acabar con el hambre 2009.

espirulina cosechada

Espirulina cosechada como alimento.

CAPÍTULO 3: Historia y política de las algas

NAl principio, todas las sociedades humanas que vivían cerca de un océano, un estuario o un lago usaban algas como alimento, forraje para sus animales, fertilizantes para sus campos y medicinas para cortes, contusiones y dolencias estomacales. Las algas secas proporcionaron la primera comida preparada portátil y probablemente sirvieron como wampum en el comercio, junto con cuentas de concha blanca. La evidencia arqueológica muestra que los primeros neandertales del Mediterráneo comían algas junto con mariscos.

La extraordinaria capacidad de productividad de las algas ha sido reconocida como una posible solución para el hambre mundial durante más de un siglo. El entusiasmo por las algas como solución alimentaria global ha surgido varias veces y cada vez ha estallado de manera innoble. En la década de 1890, a los expertos les preocupaba la predicción de Thomas Malthus de que el crecimiento de la población superaría a los alimentos y las fuentes de alimentos no tradicionales recomendadas, incluidas la levadura, los hongos y las algas.

Una iniciativa similar llegó y se fue después de la Primera Guerra Mundial. Los científicos continuaron su búsqueda de fuentes de alimentos sostenibles. Después de la Segunda Guerra Mundial, más de la mitad de la población mundial estaba empobrecida y hambrienta y los expertos recomendaron la agricultura no convencional como una forma de salir de la trampa maltusiana. Las algas surgieron como el mejor antídoto disponible y numerosos proyectos piloto intentaron la producción de algas.

Los investigadores anunciaron que pudieron cultivar algas nutritivas utilizando materiales económicos en condiciones controladas de laboratorio en 1948. Cuando se cultivó en condiciones óptimas (estanques soleados, cálidos y poco profundos alimentados por CO2 simple), la Chlorella convirtió alrededor del 20% de la energía solar disponible en biomasa vegetal que contenía más de 50% de proteína cuando se seca. A diferencia de la mayoría de las plantas, la proteína de Chlorella estaba completa con los 10 aminoácidos que entonces se consideraban esenciales y estaba repleta de calorías, grasas y vitaminas.

Clorella con microscopía óptica

Clorella con microscopía óptica. Foto: Dr. Barry H. Rosen

La prensa se entusiasmó con el potencial de las algas y Revista Colliers esbozó una granja del futuro en la que gruesos rollos de tubos de vidrio producían miles de toneladas de proteína en granjas automatizadas. Los expertos, para no ser superados por los periodistas, crearon escenarios plausibles en los que las algas resolverían el suministro mundial de alimentos con un costo casi nulo.

Desafortunadamente, los investigadores tropezaron con la Ley de Murphy y todo lo que podía salir mal sucedió. En lugar de ser robusta, la Chlorella resultó ser un organismo muy temperamental y simplemente dejó de crecer con pequeños cambios de temperatura, densidad, luz, pH y nutrientes. La planta era tan frágil que la cosecha con centrifugadoras dañaba la biomasa al igual que el calor necesario para la deshumectación. Las duras paredes celulares de Chlorella la hacían indigesta, lo que agregaba el costo y la energía del calor o del procesamiento mecánico adicional.

Si bien la mayoría de los investigadores abandonaron su búsqueda para resolver el hambre mundial con algas, la NASA investigó el uso de algas en la década de 1950 como una forma de alimentar a los astronautas durante los vuelos espaciales largos. En lo que se ha llamado la "carrera de las algas", los proyectos soviéticos y estadounidenses compitieron para desarrollar un sistema aeroespacial autónomo de soporte vital que usaría algas para convertir los desechos de los astronautas en aire limpio, agua y quizás comida. Los científicos no pudieron resolver los problemas de contaminación y peso y el programa fue descartado.

Como parte de este esfuerzo, en 1961 se publicó al menos un artículo de investigación en Journal of Nutrition titulado "Alimentación de algas en humanos". Resume la escasa investigación sobre las algas como alimento humano. El equipo de investigación del Ejército de EE. UU. Examinó la Chlorella de Japón que se cultivó en estanques, se cosechó, se centrifugó, se lavó, se calentó y se secó al vacío hasta obtener un polvo verde. Su análisis mostró que la composición era: proteína: 59%, grasa (aceites): 19%, carbohidratos: 13%, humedad: 3% y cenizas: 6%.

Los autores encontraron que los cinco sujetos humanos toleraron complementos alimenticios de algas de hasta 100 gramos por día. El alga verde utilizada, Chlorella, le dio un fuerte sabor a espinaca al alimento suplementado. Las preparaciones más aceptables fueron galletas, tarta de chocolate, pan de jengibre y leche fría. Los suplementos más grandes crearon problemas estomacales, pero los síntomas desaparecieron después de que se suspendieron los suplementos. El equipo concluyó que las algas secas se pueden tolerar como complemento alimenticio, pero sería necesario un procesamiento adicional antes de que se conviertan en una fuente importante de alimentos. Estos hallazgos relegaron a las algas a un pequeño sector del mercado de alimentos saludables. La investigación estadounidense sobre las algas como fuente de alimento prácticamente se evaporó.

Afortunadamente para la humanidad, la Revolución Verde comenzó en la década de 1950 y los alimentos de algas florecieron nuevamente debido a tres factores que contribuyeron casi por igual:

  • La invención de bombas de riego más potentes.
  • Nuevas tecnologías para la fabricación de fertilizantes sintéticos
  • Avances en genética molecular que crearon semillas de alto rendimiento.

Las bombas más fuertes y las tuberías más grandes permitieron a los agricultores extraer en exceso el agua subterránea para el riego. Los agricultores también apilaron más fertilizantes, pesticidas y herbicidas en sus campos. La Revolución Verde había comenzado y la producción de granos alimenticios se duplicó sobre una base erosionada de combustibles fósiles baratos y agua dulce.

Las fuentes de alimentos no agrícolas eran innecesarias debido a los avances en la producción de cereales alimentarios. Los consumidores se vieron condicionados por la ciencia ficción, los periodistas y las películas a desconfiar de las fuentes de alimentos no tradicionales.

Los autores de ciencia ficción popularizaron el concepto de alimentos sintéticos y anticiparon reacciones desfavorables de los consumidores y consecuencias no deseadas como la Tomate asesino y Frankenfoods. HG Wells La máquina del tiempo, 1895, Guerra de las palabras, 1898 y El alimento de los dioses, 1905, de Aldus Huxley Un mundo feliz, 1932 y Ward Moore Más verde de lo que piensas, 1947, todos advirtieron contra las panaceas biotecnológicas.

Hde arry Harrison ¡Hacer espacio! ¡Hacer espacio! en 1966 y Paul Ehrlich bomba de la población, en 1968 explicó los horribles resultados del crecimiento demográfico sin restricciones. El escenario apocalíptico de Harrison incluía plancton, levadura y algas como alimentos básicos para las masas hambrientas. La chlorella tenía un sabor a pescado, por lo que los especialistas en marketing decidieron producir una versión mejorada que llamaron Soylent Green. Esto llevó a la adaptación cinematográfica de 1973 del libro de Harrison, Soylent Green, lo que sugiere que el cultivo de biomasa de algas utiliza no solo desechos humanos sino humanos reciclados. Incluso con el canibalismo, la invención no podía alimentar a todos. La escasez de agua y fertilizantes, las plagas, las plagas y las intoxicaciones por plaguicidas arruinaron los cultivos y contaminaron el agua. El efecto invernadero se intensificó, aumentando las inundaciones, las tormentas violentas y la sequía. En efecto, el arte imitaba la vida.

Un remake de Soylent Green retrasaría la industria de las algas al menos una década. Mientras que los autores de ciencia ficción estaban despertando el temor del público hacia los alimentos Franken, la gente estaba experimentando el limo verde de primera mano en sus acuarios, piscinas y vías fluviales recreativas. La prensa estaba ansiosa por transmitir los sensacionales peligros de las algas que crearon toxinas mortales, mareas rojas asesinas y zonas muertas que mataron a muchos organismos vivos.

El presidente Jimmy Carter inició varios proyectos de algas para llevar a los EE. UU. Hacia la independencia energética, pero el enfoque se centró en cambiar la producción de la red eléctrica del petróleo al carbón. El último remanente de la investigación de algas de Carter, el Programa de Especies Acuáticas de 18 años, fue cancelado por la administración Clinton cuando tomaron la decisión política de cambiar la I + D del gobierno de los biocombustibles de algas al etanol de maíz. El desafortunado resultado de esta política fue que las universidades y sus profesores no pudieron recibir subvenciones financiadas para estudiar las algas durante más de una década.

La investigación de las algas recibió un golpe de gracia en la década de 1990 cuando el Congreso ignoró la ciencia y apostó el futuro de los biocombustibles de EE. UU. Al etanol de maíz. El maíz recibió subsidios e incentivos en una ola de promesas de lavado verde de que el etanol sería sostenible, renovable, limpio y desplazaría las importaciones de petróleo. La investigación existente mostró que el etanol de maíz es lo opuesto a estas afirmaciones. Cada acre de producción de maíz erosiona seis toneladas de suelo, contamina las aguas subterráneas y libera 2.5 toneladas de CO2 además de óxidos nítricos, partículas y smog. Los 9 mil millones de galones de etanol producidos en 2008 compensaron menos del 3% de las importaciones de petróleo de Estados Unidos a costa de miles de millones en subsidios y contaminación ambiental. La Ley de Política Energética de 2005 estableció un estándar de combustibles renovables que exige más producción renovable, pero dejó las materias primas de algas fuera de la política de energía renovable.

Las algas reaparecieron como una solución de biocombustible en 2008 cuando surgieron dos asociaciones industriales seguidas de una revista comercial de la industria, Revista de la industria de las algas. Las primeras reuniones de la industria de la Organización de Biomasa de Algas y la Asociación Nacional de Algas en 2007 atrajeron a un pequeño número de científicos y algunos empresarios de biocombustibles. La Cumbre de la Organización de Biomasa de Algas de 2009 en San Diego atrajo a más de 800 y recibió cobertura de la prensa internacional.

La política de las algas enfrenta un futuro desafiante porque las algas deben competir económica y ecológicamente con otras soluciones de energía verde. Otras soluciones de energía renovable producen electricidad, pero no gasolina, diesel o combustible para aviones. Las algas se erigen por sí solas como la solución viable para avanzar hacia la independencia energética con los combustibles líquidos de transporte necesarios para barcos, aviones, camiones y aviones durante los próximos 50 años.

CAPÍTULO 4: ¿Cuáles son las ventajas competitivas de las algas?

NLas algas unicelulares de tamaño análogo se encuentran entre las formas de vida más tempranas de la Tierra. Han sobrevivido en muchos de los entornos más duros de la Tierra durante 3.7 millones de años. La simplicidad de las algas permite que estas plantas sean increíblemente robustas: no solo sobreviven sino que producen biomasa de alto valor en entornos difíciles. En buenas condiciones de cultivo, las algas producen biomasa proteica y energética con rendimientos que son de 30 a 100 veces más productivos por acre que las plantas terrestres.

Las algas son fundamentales para la vida en la Tierra, ya que producen la materia orgánica en la base de la cadena alimentaria. La biomasa es devorada por todo, desde el más pequeño krill hasta las grandes ballenas azules. Las algas también producen la mayor parte del oxígeno necesario para otras formas de vida acuática y proporcionan aproximadamente el 70% de nuestro oxígeno atmosférico diario.

Las algas, el nombre latino de las algas, se presentan en todas las formas y tamaños. Las microalgas son organismos microscópicos unicelulares a menudo de menos de 5 µ (micrones) de ancho. El período al final de esta oración es de aproximadamente 100µ.

Las algas crecen por toda la Tierra, incluso debajo de ambos casquetes polares. Sus ambientes preferidos son los lugares húmedos o el agua, pero las algas son comunes tanto en la tierra como en los ambientes acuáticos. Los suelos, las rocas, los árboles y el hielo contienen células de algas secas y muchas todavía son viables. Varias especies de algas crecen en todo tipo de agua, lo que las hace excelentes para el control de la contaminación.

Las algas marinas constituyen aproximadamente el 10% de las algas y hay especies más grandes que viven en ambientes marinos como las algas marinas: algas marrones que pueden crecer hasta 180 pies. Las algas pueden parecer tener troncos y hojas similares a las plantas terrestres, pero estas estructuras son en realidad células indiferenciadas llamadas pseudohojas. En las regiones tropicales, las algas coralinas ayudan a construir corales y apoyan la formación de arrecifes de coral y otras especies que viven en simbiosis con esponjas.

Kelp, diatomeas y algas verdes fibrosas

Kelp, diatomeas y algas verdes fibrosas

Lejos de los océanos, la mayoría de las algas no viven en vías fluviales, sino en suelos. Las algas viven simbióticamente en las raíces de las plantas terrestres, donde descomponen los compuestos del suelo y hacen que los nutrientes estén biodisponibles para las plantas. Las algas verdiazules, también conocidas como cianobacterias, también sirven a los cultivos al fijar nitrógeno de la atmósfera en los nódulos de las raíces o directamente en la superficie de las plantas. Muchas llanuras, montañas y desiertos están cubiertos de costras de algas que mantienen el suelo en su lugar, proporcionan una base para las plantas con raíces y retienen la humedad crítica del suelo. Materiales de construcción de bioingeniería de algas como la piedra caliza, que es el material que los egipcios utilizaron para construir las Grandes Pirámides.

Corteza de algas

Corteza de algas

Varias algas maximizan diferentes componentes. Algunas especies ofrecen más del 50% de lípidos (aceite), otras un 60% de proteínas y otras un 90% de carbohidratos. El producto alimenticio, la proteína, de algunas especies tiene poco olor o sabor natural por lo que el producto puede adquirir las características deseadas como olor, color, textura, densidad o sabor. Las pruebas de sabor a ciegas entre algas y soja favorecen a las algas porque las algas no tienen el sabor amargo y almidonado de la soja sin procesar. Al igual que los granos alimenticios, la biomasa de algas se beneficia del procesamiento de alimentos para maximizar el sabor, la textura, el color y el atractivo bucal.

Las algas son muy eficientes para convertir la luz, el agua y el carbono en biomasa que contiene compuestos aceitosos (lípidos) que pueden extraerse y procesarse en gasolina, diesel verde o combustible para aviones. La biomasa restante, principalmente proteínas y carbohidratos, se puede convertir en alimentos, medicamentos, vacunas, minerales, piensos, fertilizantes, pigmentos, aderezos para ensaladas, helados, pudines, laxantes y cremas para la piel. Un ejemplo de composición de algas muestra una especie de alga en la que el 40% de la biomasa vegetal es aceite.

Composición de algas
Las algas grasas, también llamadas algas oleaginosas, son especies que producen grandes cantidades de lípidos. Es posible que las algas verdes no parezcan una materia prima de petróleo biocrudo, pero el petróleo que se utiliza en los vehículos actuales se deriva de la biomasa prehistórica que proviene en gran parte de la proliferación de algas en los antiguos humedales y océanos.

La descomposición de la biomasa de la naturaleza comenzó hace más de 200 millones de años en el Período Carbonífero bajo condiciones de enorme calor y presión. El petróleo extraído del Mar del Norte se compone de algas haptofitas descompuestas llamadas cocolitofóridos. Las algas también constituyen los componentes principales de la tierra de diatomeas, la lutita de carbón y el carbón. Los egipcios construyeron sus pirámides con piedra caliza formada a partir de algas.

Ventajas de las algas
La ventaja de productividad de 30 a 100 veces el rendimiento anual por acre para las algas se debe en gran parte a las diferencias entre las plantas terrestres y acuáticas. Las algas se expresan en un número casi ilimitado de especies y cepas, lo que las convierte en un organismo único. Varias características clave diferencian a las algas de las plantas terrestres.

Las algas son organismos a base de agua que crecen en agua dulce, salina, salobre, de mar o de aguas residuales. Las plantas terrestres requieren agua dulce para crecer porque los grandes iones de sal obstruyen sus tuberías, sistema de raíces, privando a la planta de agua y nutrientes. Las algas florecen en agua salina porque evolucionaron en océanos antiguos muy salados. Los iones de sal no representan un problema para las algas porque las algas no tienen raíces.

Las algas desarrollaron estrategias críticas de crecimiento, propagación y supervivencia en sus varios miles de millones de años en la Tierra. Las plantas terrestres evolucionaron a partir de las algas hace solo 500 millones de años y requieren una temporada de crecimiento completa, 120-140 días, para producir semillas para una nueva generación. En el momento en que las plantas terrestres crecen durante una generación, las algas pueden propagarse a través de millones de generaciones porque las algas no tienen estación de crecimiento. Las algas se diferencian de las plantas terrestres en muchos aspectos.

Ventajas competitivas de las algas

  • Superestructura. Las plantas terrestres invierten una gran parte de su energía en la construcción de estructuras celulósicas, incluidos el tronco, las hojas y los tallos, para resistir el viento y el clima. Las algas no tienen tal requisito. El agua soporta las algas como un útero natural.
  • Sexo. Las plantas terrestres invierten el 35% de su energía en construir y mantener su aparato sexual. Las algas son organismos simples unicelulares que no tienen que preocuparse por las estructuras sexuales. Cuando las condiciones son buenas, las algas se propagan sexualmente. Cuando surge un factor estresante, las células pueden proliferar asexualmente.
  • Raíces. Las plantas terrestres invierten el 25% de su energía en raíces que las bloquean en su lugar y hacen que las plantas dependan de la humedad del suelo in situ y de los nutrientes biodisponibles, que suelen proporcionar los microbios del suelo como las algas. Las algas no tienen raíces y algunas especies desarrollan flagelos, que pueden mover para moverse hacia los nutrientes, la humedad o la energía solar.
  • Velocidad de crecimiento. Las plantas terrestres, como los cereales alimenticios, requieren una temporada de crecimiento completa desde la primavera hasta el otoño, a menudo 140 días o más para producir una sola cosecha. Las algas aprendieron a florecer cuando se alimentan y pueden madurar rápidamente. Una célula de alga puede producir más de un millón de crías en un solo día.
  • Dirección. Las plantas terrestres crecen lentamente en una dirección, hacia el sol y pueden duplicar su biomasa en 10 días. Luego, ralentizan progresivamente el crecimiento hasta la madurez. Las algas crecen en todas direcciones, 360 °, y pueden triplicar o cuadriplicar su biomasa diariamente.
  • Cosecha continua. Las algas crecen tan rápidamente que la mitad de la biomasa de algas puede recolectarse diariamente. La cosecha puede ocurrir todos los días que brilla el sol, lo que puede ser 360 días al año en lugares como Arizona, Nuevo México, Colorado y Texas.
  • Temporada de crecimiento continuo. Algunos productores de algas cultivan algas durante todo el año utilizando especies adaptadas para cada estación. Algunos productores utilizan luces de cultivo para aumentar la energía solar. Varios productores están experimentando con LED y otras formas de luz para extender el crecimiento más allá de las horas de luz.
  • Producción robusta. Un solo evento durante toda una temporada de crecimiento, como un aumento de temperatura, sequía, insectos, viento o granizo, puede devastar toda una cosecha de granos alimenticios. Cuando ocurre mal tiempo, las algas descansan y ralentizan su tasa de crecimiento o entran en letargo. Cuando mejora el clima, las algas reanudan su rápido crecimiento.
  • Fijación de nitrogeno. Las algas verdiazules conocidas como cianobacterias son capaces de fijar el oxígeno de la atmósfera, lo que promueve el crecimiento porque el nitrógeno es a menudo el nutriente limitante en el agua estacionaria.
  • Composición La biomasa verde de las plantas terrestres, como el maíz, puede ser en un 80% no oleaginosa o de desecho porque la mayor parte de la composición de la planta es de estructura celulósica en lugar de proteína para alimentos o aceites productores de energía. Algunas cepas de algas producen 50% de lípidos, aceites que se pueden convertir directamente en combustibles para aviones o diesel verde.
  • Energía almacenada. Las plantas terrestres como el maíz se pueden convertir en etanol que se quema con menos calor y proporciona solo el 64% del MPG de gasolina. Las algas convierten la luz solar, el CO2 y otros nutrientes en largas cadenas de carbono que pueden convertirse en combustibles de transporte líquidos más potentes, como el JP-8, el combustible para aviones y el diésel verde, que pueden tener entre un 30 y un 50% más de energía por galón que la gasolina.
  • Energía positiva. La producción de etanol con maíz es un sumidero de energía porque consume más energía, principalmente combustible diesel y electricidad, que el combustible suministra. Las algas pueden producir combustibles utilizando un mínimo o ningún combustible fósil.
  • Sostenible. Los cultivos terrestres consumen cantidades masivas de recursos fósiles que se agotarán: suelo fértil, agua dulce, combustibles fósiles, fertilizantes y productos químicos agrícolas fósiles. Las algas no compiten con los cultivos terrestres por los recursos y pueden crecer con abundantes recursos que no se agotan, incluidos la luz solar, las aguas residuales y el exceso de CO2.
  • Ecológicamente positivo. La producción de granos moderna agrega 2.5 toneladas de CO2 por acre más óxidos nítricos, partículas y smog. Cada acre de cultivo erosiona seis toneladas de suelo, que transporta nutrientes y productos químicos que contaminan humedales, ríos y lagos. El cultivo de algas emite solo oxígeno a la atmósfera mientras secuestra CO2 y evita la erosión del suelo y la contaminación del ecosistema.
  • Independencia geográfica. A diferencia de los cultivos terrestres, numerosas especies de algas crecen en los entornos más duros de la Tierra. En sistemas de cultivo cerrados y semicerrados, las algas se pueden cultivar en casi cualquier altitud, latitud, longitud o geografía.

Las algas son organismos robustos que ofrecen muchas ventajas en comparación con los cultivos terrestres. Las algas siguen siendo el organismo más subdesarrollado de la Tierra. Domesticar las algas para obtener sus múltiples beneficios presenta uno de los desafíos más interesantes del siglo XXI.

CAPÍTULO 5: Clasificación de las algas

ALas lgas son plantas vivas que rompen las reglas de clasificación de plantas porque evolucionaron en muchas formas diferentes: células, plantas multicelulares, bacterias y en combinaciones casi infinitas. Si bien las diversas especies comparten ciertas características, diferentes algas, incluso de la misma especie, muestran una extraordinaria variedad en forma, tamaño, estructura, composición y color.

Una sola especie de algas puede cambiar de forma, composición y color en un solo día en función de las variables de cultivo, como la energía luminosa disponible, los nutrientes, la temperatura y la acidez, el pH. Al igual que todos los organismos vivos, cuando las algas están estresadas, cambian al modo de supervivencia, lo que cambia la velocidad y la composición del metabolismo celular. Los factores estresantes pueden hacer que las algas almacenen más aceite a expensas de proteínas o carbohidratos, para usarlo como energía en un momento posterior. Algunas algas parecen acumular más aceite para subir a la parte superior de la columna de agua, donde pueden recolectar más energía solar.

La clasificación de las algas en grupos taxonómicos sigue las mismas reglas utilizadas para la clasificación de plantas terrestres. La clasificación de las plantas terrestres vino antes que las algas porque muchas especies de algas de tamaño nanométrico no se podían ver antes de los microscopios avanzados. Los principales grupos de algas se distinguen sobre la base de la pigmentación, la forma, la estructura, la composición de la pared celular, las características de los flagelos, los productos almacenados y el método de propagación.

Las algas muestran tantas variaciones, incluso dentro de cada especie, que expresan excepciones a casi todas las reglas de clasificación. Curiosamente, muchas especies pueden cambiar la forma en que se propagan según las condiciones ambientales. Cuando las condiciones son buenas, se propagan sexualmente. Cuando las condiciones se degradan, pueden utilizar uno o más métodos asexuales como la división celular, la fragmentación o las esporas.

La capacidad de ver pequeñas diferencias en las células de las algas con el microscopio electrónico ha cambiado sustancialmente las clasificaciones desde la década de 1960. Los cambios de clasificación continúan a medida que se descubren nuevos diferenciadores.

Las algas se diferencian de otras plantas porque generalmente:

  • Mostrar la capacidad de realizar la fotosíntesis con la producción de oxígeno molecular, que se asocia con la presencia de clorofila. a, b or c;
  • No tienen tejidos u órganos de transporte especializados que consisten en células interconectadas que mueven nutrientes y metabolitos entre diferentes sitios dentro del organismo;
  • Se reproducen sexualmente o asexualmente para producir gametos que generalmente no están rodeados por tejido parental multicelular protector.

Las plantas terrestres evolucionaron a partir de las algas hace unos 500 millones de años y desarrollaron células especializadas para absorber y mover nutrientes y para la reproducción. Las algas se distinguen de las plantas superiores por la falta de verdaderas raíces, tallos u hojas. Algunas algas, como las algas marinas, parecen tener hojas, pero son pseudohojas formadas por la misma estructura celular que el resto de la planta. Los científicos creen que las macroalgas (algas marinas) se desarrollaron en evolución paralela con las plantas terrestres.

Las colecciones de cultivos de especies de algas están disponibles en la Universidad de Toronto, UC Berkeley, la Universidad de Texas, la Universidad de Copenhague, el Instituto Marino Escocés, la Academia China de Ciencias, la Universidad de Praga y la Federación Mundial de Colecciones Culturales. La mayoría de las colecciones proporcionan información sobre composición y cultivo, ventas de cultivos, detalles descriptivos e imágenes. La excelente colección de la Universidad de Texas ofrece un amplio conjunto de parámetros de búsqueda. La Laboratorio de imágenes de algas at Bowling Green proporciona imágenes digitales de algas sin cargo con fines educativos.

Muchas especies son unicelulares y microscópicas, incluido el fitoplancton y otras microalgas, mientras que otras son multicelulares y pueden crecer tan alto como árboles como las algas. La ficología, el estudio de las algas, incluye el estudio de formas procariotas conocidas como algas verdiazules o cianobacterias. Algunas algas también viven en simbiosis con líquenes, corales y esponjas. El organismo unicelular básico, las algas, tiene el aspecto general ilustrado en la figura.

Célula de algas

Célula de algas

Las plantas de algas verdes eucariotas (en griego, "nuez verdadera") están estructuradas como una nuez con una cáscara que protege su material genético, que se organiza en orgánulos. Las algas verdes crean estructuras discretas con funciones específicas y tienen un núcleo o núcleos unidos a una membrana doble. Las células procarióticas de las algas verdiazules, las cianobacterias, no contienen núcleo u otros orgánulos unidos a la membrana.

Las algas pueden ser pequeñas criaturas vivaces aunque no sean animales. Muchos pueden nadar, como los dinoflagelados que tienen pequeñas estructuras en forma de látigo llamadas flagelos, que los jalan o empujan a través del agua. Algunas algas aplastan parte de su cuerpo hacia adelante y se arrastran por superficies sólidas. Algunas algas pueden incluso formar botones oculares que pueden detectar la luz, lo cual es fundamental para su suministro de energía.

Otras especies están formadas por finos filamentos con células unidas de un extremo a otro. Algunos se agrupan para formar colonias, mientras que otros flotan de forma independiente. Las algas pueden crecer en casi cualquier forma, como conos, tubos, filamentos o círculos. Las algas tienen muchas más formas que las plantas terrestres y pueden cambiar la forma o estructura para adaptarse a las condiciones locales. Los principales pasos en la complejidad celular ocurrieron con la progresión evolutiva de un virus a una bacteria y luego de las células procariotas de las bacterias a las células eucariotas de las algas. Las paredes celulares permiten que las algas se protejan del medio ambiente circundante, generalmente agua y presión, llamada presión osmótica.

Paredes celulares de algas

Paredes celulares de algas

Las paredes celulares regulan la presión osmótica producida por el agua que intenta entrar o salir de la célula a través de sus membranas semipermeables debido a un diferencial en las concentraciones de la solución. Las algas poseen típicamente paredes celulares construidas con celulosa, glicoproteínas y polisacáridos. Algunas especies tienen una pared celular compuesta de ácido silícico (silicio) o ácido algínico.

Las algas rojas, por ejemplo, son un gran grupo de unas 10,000 especies de algas marinas, en su mayoría multicelulares, incluidas las algas marinas. Estos incluyen algas coralinas, que viven simbióticamente con los corales, secretan carbonato de calcio y juegan un papel importante en la construcción de arrecifes de coral. Algas rojas como dulse (Palmaria palmata) y algas (nori o gim) son una parte tradicional de la cocina europea y asiática y se utilizan para fabricar otros productos como agar, carragenanos y otros aditivos alimentarios.

La amplia clasificación de algas incluye:

  • Bacillariophyta - diatomeas
  • Charophyta - stoneworts
  • Clorofita - alga verde
  • Chrysophyta - alga dorada
  • Cianobacterias - azul-verde
  • Dinophyta - dinoflagelados
  • Phaeophyta - algas pardas
  • Rhodophyta - algas rojas
Diatomeas, stoneworts y dinoflagelados

Diatomeas, stoneworts y dinoflagelados

Las algas verdes evolucionaron con cloroplastos, lo que permite la fotosíntesis y mejora en gran medida el O disponible2. Las algas verdiazules han recibido la mayor parte de la investigación reciente porque muchos científicos capacitados en la investigación de bacterias han comenzado a estudiar el valor comercial de esta planta, clasificada como alga verde azulada y como bacteria; cianobacterias.

Prochlorococcus, un alga verdiazul puede ser el organismo más pequeño de la Tierra, solo 0.6 micrones (millonésimas de metro), pero es uno de los organismos más abundantes del planeta. Una sola gota de agua puede contener más de 100,000 de estos organismos unicelulares. Sallie Chisholm del MIT estudia Prochlorococcus y dice que billones de estas pequeñas células forman bosques invisibles y proporcionan aproximadamente la mitad de la fotosíntesis en los océanos.

Clasificación de algas

Grupo taxonómico Clorofila Los carotenoides Productos de almacenamiento
Bacillariophyta a, c β-caroteno, ± -caroteno rara vez fucoxantina Aceites de crisolaminarina
Cloro phycophyta (alga verde) a, b β-caroteno, ± -caroteno rara vez caroteno y licopeno, luteína Almidón, aceites
Chrysophycophyta (alga dorada) a, c β-caroteno, fucoxantina Aceites de crisolaminarina
Cianobacterias (algas verde azuladas) a, c β-caroteno, ficobilinas
Phaeco phycophyta (algas pardas) a, c β-caroteno, ± fucoxantina, violaxantina Laminarina, carbohidratos solubles, aceites.
Dinophyta (dinoflagelados) a, c β-caroteno, peridinina, neoperididina, dinoxantina, neodinoxantina. Almidón, aceites
Rhodo phycophyta (algas rojas) a, rara vez d β-caroteno, zeaxantina, ± β caroteno Almidón florideano, aceites

 

Colores
El verde que a menudo se asocia con las algas proviene de la clorofila, pero las algas también contienen pigmentos de muchos colores, especialmente cian, rojo, naranja, amarillo, azul y marrón. Algunas variedades son incoloras. Las algas verdes aparecen verdes porque el verde es el único color de luz que no absorbe. Las algas rojas absorben un espectro completo de colores y reflejan el rojo. Las algas rojas pueden crecer más profundamente en los océanos que la mayoría de las otras especies porque están equipadas para absorber la luz azul que penetra profundamente en el océano.

Las algas usan pigmentos para capturar la luz solar para la fotosíntesis, pero cada pigmento reacciona solo con un rango estrecho del espectro. Por lo tanto, las algas producen una variedad de pigmentos de diferentes colores para capturar más energía solar. Las algas canalizan la luz hacia la clorofila a, que convierte la energía luminosa en enlaces de alta energía de moléculas orgánicas.

Algas verdes, azules y rojas

Algas verdes, azules y rojas

Las algas dan color a los herbívoros que se deleitan con ellas. Las algas dan un tono verdoso al pelaje blanco del conocido perezoso gigante. Las algas viven en los pelos huecos de los osos polares y proporcionan el pigmento rosa a los flamencos, que consumen tanto en los camarones como en las algas. Los carotenoides de algas similares dan la pigmentación rosada al salmón.

La planta de energía nuclear Palo Verde de Arizona atrajo un flamenco rosado a sus estanques de enfriamiento hace varios años. El pobre pájaro se puso blanco y generó especulaciones en la prensa mundial sobre posibles fugas de radiación. Afortunadamente, un biólogo descubrió que los estanques carecían de suficiente betacaroteno en las algas para mantener la coloración rosada del ave. El flamenco voló a otro estanque con algas y rápidamente recuperó su color rosado.

Las algas pueden crecer en simbiosis con hongos para crear líquenes, el colorido material rugoso en el lado soleado de las rocas y los árboles. Las algas y el hongo comparten una dependencia mutua, ya que las algas producen alimento para ambas plantas y, a cambio, obtienen agua y minerales del hongo. El hongo también proporciona una protección crítica contra la desecación, es decir, secarse y morir al sol.

El uso de plantas de algas y líquenes para pigmentos y tintes es anterior a Julio César. El color rojo clásico de las túnicas romanas provino de pigmentos extraídos de líquenes conocidos como erizos. Las mujeres romanas valoraban la planta y la usaban como colorete para dar más color a sus rostros. Casi todos los cosméticos modernos contienen componentes de algas para mejorar el color, la emulsificación y / o la retención de humedad.

CAPÍTULO 6: Selección de especies de algas

ALos productores de algas seleccionan cepas de algas específicas para compuestos valiosos que crecen en la biomasa de algas. La biomasa de algas incluye principalmente lípidos, que se utilizan para producir biocombustible, proteínas para alimentos, piensos y nutracéuticos y almidones y carbohidratos que pueden convertirse en una letanía de productos.

Los lípidos son moléculas de cadena larga de carbono que almacenan energía para la planta y sirven como componentes estructurales de las membranas celulares. Los lípidos son aceites que hacen que la planta sea más flotante para que ascienda por la columna de agua hacia la energía solar. Algunas especies de algas son naturalmente muy altas en la producción de lípidos, por ejemplo, 80% en peso seco, pero crecen muy lentamente. Otras especies crecen muy rápido y almacenan naturalmente alrededor del 20% de lípidos, pero cuando se estresan con la limitación de nutrientes, almacenan alrededor del 40% de lípidos.

Las proteínas son grandes compuestos orgánicos hechos de aminoácidos, dispuestos en una cadena lineal conectados por enlaces peptídicos. El código genético de la planta determina la secuencia de los aminoácidos, pero las limitaciones de nutrientes pueden provocar cambios en la producción de aminoácidos. La mayoría de las proteínas son enzimas que catalizan reacciones bioquímicas y el metabolismo de las plantas. Otras proteínas mantienen la forma celular y proporcionan funciones de señalización dentro de la planta.

Las algas utilizan la fotosíntesis y la energía solar para producir glucosa a partir del dióxido de carbono. La glucosa se almacena principalmente en forma de gránulos de almidón, en plastidios como cloroplastos y amiloplastos. Las algas pueden producir glucosa soluble en agua, azúcar vegetal, pero ocupan un espacio considerable. Las algas adaptaron la capacidad de producir glucosa en forma de almidón, carbohidratos complejos que no son solubles y se almacenan de manera compacta. El almidón es el carbohidrato más importante en la dieta humana y los carbohidratos de algas pueden sustituir a las harinas de granos alimenticios como el maíz, el trigo, las papas o el arroz. Los almidones también pueden fermentarse en una amplia variedad de alcoholes o biocombustibles.

El camino a seguir basado en el Programa de especies acuáticas y la experiencia de otras investigaciones sobre la producción de algas muestra que las especies de algas robustas para la producción de biocombustibles necesitan las siguientes propiedades:

  • Produce un contenido lipídico elevado y constante.
  • Crece continuamente lo que requiere superar el problema de estabilidad común a los cultivos de algas.
  • Demuestra alta eficiencia fotosintética.
  • Crece con diferencias climáticas estacionales y cambios diarios de temperatura.
  • Crea un ensuciamiento mínimo desde el accesorio hasta los lados o el fondo de los contenedores.
  • Fácil de cosechar y extraer lípidos con paredes celulares blandas o flexibles.

Los cultivadores de algas pueden seleccionar y comprar especies de las colecciones de cultivos disponibles en la Universidad de Texas, la Universidad de Toronto, UC Berkeley, la Universidad de Copenhague, el Instituto Marino Escocés, la Academia China de Ciencias, la Universidad de Praga y la Federación Mundial de Colecciones Culturales. . La mayoría de las colecciones ofrecen ventas de cultura, composición e imágenes. La galería de algas en el Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural incluye considerable información sobre algas y enlaces a sitios de algas.

La variación de composición entre especies varía enormemente. Algunas algas contienen un 80% de lípidos, mientras que otras producen un 60% de proteínas y otras tienen un 92% de carbohidratos. La selección de especies es fundamental no solo para la composición deseada, sino también para una serie de variables de estructura y crecimiento que varían ampliamente entre especies y cepas.

Variación de la composición entre especies de algas

Variación de la composición entre especies de algas

Cuando las algas tienen pocos nutrientes, como nitrógeno, fósforo o azufre, disminuyen la producción de ácidos grasos poliinsaturados esenciales y pueden producir proteínas de menor calidad con menos aminoácidos. La privación de nutrientes puede hacer que las algas aumenten la producción de lípidos, pero normalmente ralentiza o detiene la propagación y el crecimiento. Los bioingenieros están trabajando en algas que aumentan los lípidos sin privación de nutrientes. Varios laboratorios de investigación han creado cepas de algas transgénicas que secretan aceite sin cosechar, lo que permite una producción continua. Evitar la cosecha y la extracción de aceite elimina enormes factores de tiempo y costo.

Las variedades de algas ofrecen una combinación casi ilimitada de características. Se están mejorando atributos especiales a través de pantallas de selección de organismos naturales, bioingeniería e hibridación. Expertos en algas como los Dres. Milton Sommerfeld y Jerry Brand han invertido muchas décadas en la búsqueda de humedales, lagos y desiertos en busca de algas naturales que demuestren propiedades deseables. El Dr. Bruce Rittmann ha trabajado en la modificación genética de algas para producir más aceite u otros compuestos avanzados. Muchos productores de algas han trabajado para hibridar cepas de algas mediante fertilización cruzada con el fin de maximizar las características deseables de crecimiento, la facilidad de recolección y extracción y los compuestos deseables.

Cada especie de algas ofrece una proporción diferente de lípidos, almidones y proteínas, Tabla 1. Algunas algas son ricas en proteínas y otras son principalmente almidones o lípidos. Las variaciones en el cultivo pueden cambiar sustancialmente la composición de la biomasa de algas.

Cuadro 1. Composición de varias algas (% de materia seca)

Algas Lípidos Proteínas Carbohidratos
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 elipsoidea 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
Prymnesium parvum 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

 

Los aceites de algas son extremadamente ricos en ácidos grasos insaturados y varias especies de algas proporcionan:

  • El ácido linoleico, un ácido graso omega-6 insaturado que se utiliza para jabones, emulsionantes, aceites de secado rápido y una amplia variedad de productos de belleza. Las propiedades de retención de humedad son valiosos remedios para la piel que se utilizan para suavizar e hidratar, como antiinflamatorio y para reducir el acné.
  • Ácido araquidónico, un ácido graso omega-6 que también se encuentra en el aceite de maní. Este producto modera la inflamación y juega un papel importante en el funcionamiento del sistema nervioso central.
  • Ácido eicospentaenoico, un ácido graso omega-3 y proporciona los mismos beneficios que el aceite de pescado, que por supuesto proviene de las algas. La investigación sugiere que la EPA puede mejorar la actividad cerebral, reducir la depresión y moderar la conducta suicida.
  • Ácido docasahexaenoico, un ácido graso omega-3 que se encuentra generalmente en el aceite de pescado y es el ácido graso más abundante que se encuentra en el cerebro y la retina. La deficiencia de DHA está asociada con el deterioro cognitivo y aumenta la muerte de las células neurales. El DHA se agota en la corteza cerebral de pacientes con depresión grave.
  • Ácido gamma-linolénico, un ácido graso omega-6 que se encuentra en el aceite vegetal y que se extrajo primero de la onagra. Se vende como complemento alimenticio para el tratamiento de problemas de inflamación y enfermedades autoinmunes. Se está investigando su valor terapéutico para el cáncer para suprimir el crecimiento tumoral y la metástasis.

Los componentes de las algas se encuentran comúnmente en los ingredientes alimentarios. Una familia normal que usa productos lácteos normales puede encontrar que el 70% de los artículos en su carrito de compras de alimentos contienen ingredientes de algas. Los carragenanos que forman las paredes celulares de varias especies de algas rojas y marrones son una familia de polisacáridos lineales. El material de la pared celular de carragenina es un coloide que se utiliza como estabilizador o emulsionante y se encuentra comúnmente en productos lácteos y de panadería.

Agar. Esta sustancia, un polisacárido, solidifica casi todo lo que es líquido. El agar es un agente coloidal que se usa para espesar, suspender y estabilizar. Sin embargo, se destaca por su capacidad única para formar geles térmicamente reversibles a bajas temperaturas. El agar se ha utilizado en China desde el siglo XVII y actualmente se produce en Japón, Corea, Australia, Nueva Zelanda y Marruecos.

Agar

Agar

Hoy en día, el agar sirve a los científicos de todo el mundo como un medio similar a la gelatina para el crecimiento de organismos en estudios científicos y médicos. El agar se usa ampliamente en la industria farmacéutica como laxante o como vehículo inerte para productos farmacéuticos donde se requiere una liberación lenta del medicamento. La bacteriología y la micología utilizan el agar como agente endurecedor en los medios de crecimiento.

El agar también se utiliza como estabilizador de emulsiones y como componente de preparaciones cosméticas para la piel, ungüentos y lociones. Se utiliza en películas fotográficas, betún para zapatos, moldes para impresiones dentales, jabones de afeitar, lociones para manos y en la industria del bronceado. En los alimentos, el agar se utiliza como sustituto de la gelatina, como agente antisecado en panes y pasteles y también como gelificante y espesante. El agar se utiliza en la fabricación de queso fundido, mayonesa, budines, cremas, jaleas y en la fabricación de productos lácteos congelados.

Nori, la palabra japonesa para algas, es popular en todo el mundo, pero especialmente en Asia, donde se sirve con una variedad de nombres como kombu, wakame, hai dai, laminaria y limu. Los cocineros escoceses lo llaman dulse y los irlandeses llaman a su producto dillisk. Amanori es específicamente aquellos alimentos elaborados a partir de la especie Porphyra porque contiene aminoácidos esenciales, vitaminas y minerales. En Corea, Porphyra, se conoce como kim o lavor. Proporciona alimentos saludables que están libres de azúcares y grasas asociados con la dieta occidental.

Las poblaciones silvestres de algas de agua dulce del interior se han recolectado y consumido desde tiempos prehistóricos por su sabor fresco y valor nutritivo. Uno de los más comunes, nostoc consiste en largas cadenas de cuentas y forma una agregación gelatinosa de filamentos. Los filamentos individuales son microscópicos, pero las agregaciones se producen como glóbulos de todos los tamaños y tienen un aspecto similar a las uvas.

Nostoc

Nostoc

Los filamentos microscópicos de la espirulina no forman glóbulos ovalados, sino que a menudo se agrupan en grupos flotantes que son empujados contra la orilla por el viento. Otras especies de algas aparecen como hilos de masas flotantes libres o filamentos que se adhieren a las rocas en el agua que se mueve rápidamente. La espirulina, en forma de polvo, lidera la mayoría de los alimentos convencionales en proteínas totales y utilizables. Solo las aves de corral y el pescado son superiores con más del 45% de proteína utilizable. La espirulina combina la carne y los productos lácteos con un 30% a un 45% de proteína. La espirulina y el nostoc ofrecen más proteínas en peso que cualquier otro vegetal. Nutritivos Earthrise produce 500 toneladas de espirulina comestible cada año en su granja de 100 acres en el sur de California.

Granjas de Earthrise

Granjas de Earthrise

La selección de especies de algas seguirá siendo un tema crítico para los productores de algas porque la elección correcta de especies mejora el cultivo, la cosecha, la extracción y el valor de los productos producidos. Afortunadamente, las colecciones de especies de algas ofrecen amplia información sobre las especies en sus colecciones y hacen que esas especies estén disponibles de manera confiable a un costo modesto.

Adaptado de: Estrategia de algas verdes: poner fin a las importaciones de petróleo y diseñar alimentos y combustibles sostenibles, 2008.

CAPÍTULO 7: Cultivo de algas

ALas algas crecen en sistemas abiertos, cerrados o semicerrados en tanques redondos, largos o tubulares que maximizan el acceso de toda la biomasa a la luz solar. El crecimiento ocurre solo en la capa superior, alrededor de dos pulgadas, del sustrato, a menos que se produzca una mezcla. El crecimiento de nuevas células bloquea la luz solar para las plantas que se encuentran debajo. La mezcla semicontinua es necesaria para dar suficiente luz a todas las algas. Algunos sistemas de producción colocan fuentes de luz cerca o en el agua para aumentar la luz solar.

El crecimiento se produce en función de una serie de variables que no solo limitan el crecimiento, sino que también pueden cambiar la composición de las algas. Las variables primarias incluyen las siguientes.

Luz. Por lo general, la luz solar proporciona suficiente luz, pero la luz artificial también funciona, especialmente para los sistemas de cultivo de interior. Algunos sistemas de cultivo pueden inclinarse para optimizar la orientación al sol y la luz reflejada. Varios productores están experimentando con luz doblada usando espejos o cables de vidrio y otros están usando luces LED que minimizan el consumo de energía.

Mezcla. Dado que la mayor parte del crecimiento tiene lugar en la capa superior de la superficie que mira hacia la fuente de luz, la mezcla es imperativa. Cada célula necesita entrar y salir de la luz durante sus períodos de crecimiento de luz y oscuridad a medida que absorben CO2 y exhalan O2. Las algas son más pesadas que el agua y se hundirían lejos de su fuente de luz sin mezclarse.

Las algas crecen tan rápido que se vuelven limitadas por nutrientes rápidamente en agua sin gas. No pueden moverse y pastar en busca de comida porque generalmente no tienen propulsión. La mezcla aporta nutrientes y CO2 a cada célula de alga y proporciona una exposición a la luz intermitente. La mezcla también ayuda a liberar O2 del agua a la atmósfera. Demasiado o muy poco mezclado impide el crecimiento y los métodos de mezclado brusco pueden crear daño celular por el esfuerzo cortante.

Algunas algas han desarrollado dos características diferenciadas interesantes: flagelos y manchas oculares. En una etapa de crecimiento específica, algunas algas desarrollan flagelos, proyecciones delgadas del cuerpo como colas de esperma que se mueven en un movimiento similar a un látigo para impulsar las algas. El punto del ojo reconoce la luz y los flagelos impulsan la planta hacia la luz. El movimiento es muy lento, posiblemente una pulgada por hora.

Agua. Las algas crecen bien en casi cualquier tipo de agua. Son especialmente buenos en el uso de la fotosíntesis para convertir los nutrientes y metales disueltos en las aguas residuales en biomasa verde donde los metales se pueden eliminar y recuperar. Los sistemas de producción pueden utilizar aguas residuales, aguas grises y agua salada u oceánica, según la especie cultivada. Los sistemas de cultivo pueden reciclar el agua, por lo que la única pérdida proviene de la evaporación.

CO2. Aproximadamente la mitad del peso seco de la biomasa de microalgas es carbono, típicamente derivado de CO2 o carbonatos, y se alimenta continuamente durante la luz del día. Cada 100 toneladas de biomasa de algas fija aproximadamente 183 toneladas de CO2. El alimento favorito de las algas, el CO2, debe agregarse como gas o en forma de bicarbonato porque las algas cultivadas crecen demasiado rápido para poder tomar suficiente CO2 del agua. La mayor parte del agua está demasiado diluida en CO2 para una alta producción. El aire comprimido mezclado con CO2 hasta un 20%, generalmente proporciona carbono para la fotosíntesis de algas. El CO2 industrial o los gases residuales de combustión son fuentes típicas, pero algunas centrales eléctricas de carbón producen en exceso azufre, lo que puede inhibir el crecimiento de algas. Algunos productores como Solazyme utilizan una fuente de carbono orgánico en forma de ácido acético o glucosa.

Nutrientes. Las algas alimentan su crecimiento con los mismos fertilizantes que se usan para las plantas terrestres, pero los fertilizantes pueden provenir de corrientes de desechos que son demasiado saladas para las plantas terrestres. El crecimiento de algas consume mucho menos nitrógeno y otros fertilizantes por libra de biomasa que los granos alimenticios como el maíz y los nutrientes son más fáciles y menos costosos de aplicar. Las algas utilizan fertilizantes químicos disueltos o nutrientes de flujo de desecho con mucha más eficiencia que las plantas terrestres porque las pequeñas algas unicelulares consumen los nutrientes directamente y no tienen que transportar los nutrientes a largas distancias. El fertilizante no utilizado también se puede reutilizar con el agua reciclada.

pH La acidez del agua puede ser específica del tipo de algas producidas. Controlar el pH del agua representa una buena estrategia para retardar el crecimiento de algas competidoras. Es probable que el pH del agua sea más alto al mediodía debido a la alta actividad fotosintética, que consume el máximo de CO2.

Estabilidad. Mantener un entorno de crecimiento estable presenta dificultades con la alta velocidad de crecimiento. El medio de cultivo puede retener demasiado de cualquier nutriente u O2, lo que puede crear estrés o cambios en la composición de las plantas. Algunos productores capturan el O2 liberado y venden el gas puro como un producto de valor agregado.

Producción de algacultura
La biomasa de algas crece en estanques o contenedores llamados biofábricas o sistemas de producción de algas cultivadas (CAPS). Se proporciona agua, nutrientes inorgánicos, CO2 y luz al cultivo de algas para promover el crecimiento de la biomasa. Las algas prefieren la luz difusa que no es demasiado brillante, por lo que algunos sistemas usan sombras que limitan la luz y la difunden. Varias especies producen mejor a temperaturas específicas, por lo que algunos sistemas utilizan agua reciclada en el exterior de la biofábrica para mantener la temperatura óptima.

Aunque el CO2 puede representar aproximadamente el 5% del costo de producción, ese costo puede minimizarse ubicando la biofábrica cerca de una planta de energía o de fabricación que produzca CO2. Los nutrientes pueden obtenerse de las aguas residuales, recuperarse del tanque de algas o fertilizantes recolectados. Una vez que se elimina el aceite de algas, la biomasa restante contiene nutrientes considerables.

Crecimiento de biomasa

Crecimiento de biomasa

Los sistemas cerrados ofrecen la ventaja de que el agua con alto contenido de nutrientes se puede reciclar a través del sistema. Esta práctica reduce significativamente el costo de los nutrientes agregados. También minimiza la pérdida de agua por evaporación. Los sistemas de cultivo de algas que utilizan agua con alto contenido de salinidad, como las corrientes de desechos agrícolas o el agua de salmuera, producen una biomasa con una cantidad considerable de sal que debe eliminarse durante la extracción del coproducto. Algunos modelos comerciales indican el uso de algas para recolectar metales pesados ​​de las aguas residuales industriales, que luego se extraen y venden en el mercado de productos químicos.

La cosecha puede ocurrir diariamente por filtración, centrifugación o floculación. Las células suspendidas en el caldo se separan del agua y los nutrientes residuales se reciclan para la producción de biomasa. El aceite de algas se extrae de la biomasa recuperada y se convierte en biodiesel. Parte de la biomasa no petrolera puede utilizarse como alimento para animales, fertilizante y para otros coproductos.

Parte de la biomasa gastada se somete a digestión anaeróbica para producir biogás que genera electricidad, que alimenta la mezcla de biomasa y el transporte de agua. Los efluentes de la digestión anaeróbica pueden usarse para una mayor producción de algas o como agua de riego rica en nutrientes. La mayor parte de la energía generada a partir del biogás se consume en la producción de biomasa y cualquier exceso de energía puede venderse a la red. Algunos sistemas utilizan paneles solares con células fotovoltaicas para convertir la energía solar directamente en electricidad, que normalmente se utiliza directamente o se almacena en baterías.

Sistema de producción de algacultura

Sistema de producción de algacultura

En un cultivo continuo, el medio de cultivo fresco se alimenta a una velocidad constante y se extrae la misma cantidad de caldo de microalgas. La alimentación se detiene durante la noche, pero la mezcla continúa para evitar la sedimentación de la biomasa. Hasta el 20% de la biomasa, producida durante el día, puede consumirse durante la noche para mantener las células hasta el amanecer. La pérdida de biomasa nocturna depende del nivel de luz de crecimiento, la temperatura de crecimiento y la temperatura de la noche. Algunos sistemas de producción están experimentando con luces nocturnas para aumentar la productividad.

Las microalgas contienen porcentajes altos, pero variables, de los macronutrientes clave: típicamente 20-50% de proteína, 5-30% de carbohidratos y 10-30% de lípidos, con aproximadamente un 10% de cenizas o desechos. Las proporciones de cada nutriente pueden modificarse mediante la selección de especies, las condiciones de crecimiento variables o la recolección de algas en diferentes etapas de crecimiento. La mayoría de las especies son ricas en aminoácidos y ofrecen una variedad de pigmentos. La composición de azúcares de los polisacáridos es muy variable, pero la mayoría de las especies tienen altas proporciones de glucosa, 20-87%. Las microalgas contienen cantidades significativas de micronutrientes y antioxidantes como vitaminas, ácido ascórbico, riboflavina, carotenoides y una variedad de nuevos lípidos.

Después de que el componente de aceite se utiliza para biocombustible, la biomasa restante con alto contenido de proteínas se puede deshumedecer y almacenar en una forma conveniente, como una torta, que no requiere refrigeración y tiene una vida útil de aproximadamente dos años. La torta de algas se puede separar en varios alimentos, ingredientes alimentarios, forrajes, fertilizantes, medicinas finas u otros componentes.

Componentes, productos y usos de las algas

Componentes, productos y usos de las algas

La producción de algas para alimentos, combustible, medicamentos u otros coproductos puede ser neutra en carbono porque la energía necesaria para producir y procesar las algas puede provenir del metano producido por la digestión anaeróbica de los residuos de biomasa que quedan después de la extracción del aceite. El modesto requerimiento de energía para mezclar y cosechar también puede provenir de otras fuentes que no son de carbono, como la eólica, geotérmica o solar.

La biomasa recolectada es extremadamente maleable en el sentido de que puede almacenarse en la misma forma que los productos de maíz, trigo, arroz o soja. Estos incluyen leche rica en proteínas, puré suave de cualquier tamaño, forma o textura, tortilla, galleta o harina. La biomasa se puede convertir en proteína vegetal texturizada con fibra agregada o extruirse para hacer aditivos para carnes que mejoran la retención de humedad y aumentan las proteínas al tiempo que reducen las grasas.

Es probable que nuestros alimentos futuros estén enriquecidos con algas y compuestos avanzados de algas.

Adaptado de: Estrategia de algas verdes: poner fin a las importaciones de petróleo y diseñar alimentos y combustibles sostenibles, 2008.

CAPÍTULO 8: ¿Nos hicieron humanos las algas?

Algae salvó nuestro planeta hace 3.5 millones de años al transformar el CO caliente y letal2 y atmósfera de metano a suficiente oxígeno para sustentar la vida. Hace solo 2 millones de años, las algas pudieron haber realizado otra hazaña increíble al proporcionar los micronutrientes que desencadenaron el agrandamiento del cerebro humano. Cerebros que se expandieron tres veces más grandes que los chimpancés, diferenciaron nuestro Homo antepasados ​​de sus primos prehumanos y primates.

Una fuente misteriosa de nutrientes provocó el agrandamiento del cerebro, la encefalización, hace unos 2 millones de años. Los científicos están de acuerdo en que los primeros hominoides tenían que encontrar una dieta más enérgica más rica que su anterior dieta de primates de nueces, hojas, corteza, brotes, raíces e insectos. La nueva dieta necesitaba ser rica en nutrientes vitales, especialmente proteínas y omega-3 para apoyar el crecimiento del cerebro. Los libros de texto sugieren que temprano Homo dio un paso hacia la encefalización al expandir su dieta para incluir carne de caza de la sabana, que habría proporcionado la energía y los nutrientes necesarios para desarrollar y mantener cerebros más grandes.

Sin embargo, la adquisición de carne habría requerido un cerebro pequeño (un poco más grande que el de un chimpancé) y unos primeros hominoides escuálidos para competir con los animales salvajes para adquirir carne. Temprano Homo sacrificó masa muscular, tamaño y velocidad para caminar erguido y un ligero aumento en el tamaño del cerebro. El escenario de la carne de caza ignora la energía sustancial y el riesgo de supervivencia asociado con competir con animales salvajes mucho más grandes, más rápidos y más fuertes con habilidades especializadas de búsqueda y caza. Los depredadores africanos hace 2 millones de años tenían el doble de tamaño que hoy.

El cerebro humano se agrandó un millón de años antes de que se inventaran las armas de caza o los fuegos para cocinar. Tenía temprano Homo cazaba carne sin armas, lo más probable es que se hubieran convertido en la cadena alimentaria. Incluso si hubieran encontrado carne, no tenían dientes para arrancar o masticar carne cruda. Sus estómagos no podían digerir la carne cruda, lo que probablemente les habría provocado una diarrea intensa. Una fuente de alimento nutritiva, segura, conveniente y digerible rica en omega-3 debe haber precedido al consumo de carne de caza para permitir las etapas iniciales del agrandamiento del cerebro.

Homo de cerebro pequeño temprano

Izquierda: Homo temprano de cerebro pequeño. Derecha: poderosos tigres de dientes de sable.

Los ácidos grasos Omega-3
El DHA comprende el 27% de las grasas poliinsaturadas y el 97% de los ácidos grasos omega-3 en el cerebro. El ácido araquidónico (ARA), una grasa poliinsaturada de cadena larga omega-6, comprende el 35% de la grasa poliinsaturada y el 48% de los ácidos grasos omega-6 en el cerebro. Juntos, el DHA y el ARA representan casi dos tercios de la grasa estructural del cerebro. Son esenciales para el desarrollo y funcionamiento normal del cerebro, así como para las operaciones de los ojos y el corazón. Estos ácidos grasos se concentran en la región del cerebro responsable de las habilidades de pensamiento complejas, críticas para la adquisición de alimentos.

Los mamíferos tienen una capacidad limitada para sintetizar DHA y ARA a partir de precursores dietéticos, por lo que los ácidos grasos probablemente fueron los nutrientes limitantes que restringieron la evolución de un cerebro de mayor tamaño en la mayoría de los linajes de mamíferos. Los alimentos de plantas silvestres disponibles en la sabana africana, las hierbas, los cereales, los tubérculos y las nueces contienen cantidades insignificantes de ARA y DHA. El tejido muscular y los órganos de los rumiantes africanos salvajes habrían proporcionado solo niveles moderados de estos ácidos grasos clave.

Por la cadena alimenticia
En lugar de ascender en la cadena alimentaria hacia la carne de caza, el primer paso de los primeros hominoides pudo haber sido por la cadena alimentaria cuando ingirieron algas en el agua que bebían. El consumo de algas puede haber sido intencional, pero más probablemente fue accidental porque las diminutas células de algas eran visibles solo en el sentido de que volvían el agua ligeramente verde. Los lagos y humedales del Valle del Rift, donde los humanos desarrollaron cerebros más grandes, albergan algunos de los lagos y humedales más antiguos de la Tierra que producen abundantes rodales naturales de alga espirulina rica en proteínas y nutrientes. La espirulina es el suplemento nutritivo de algas más vendido en el mercado hoy en día porque proporciona un conjunto completo de nutrientes esenciales. Una tribu de hominoides en el lado de sotavento de un lago de algas puede haber ingerido varios gramos de algas al día en su agua potable. Estos pocos gramos de algas no habrían proporcionado suficiente fibra o proteína para una dieta completa. Las algas habrían actuado como un complemento alimenticio natural para suministrar los nutrientes esenciales, las vitaminas y los antioxidantes que proporcionaron la chispa verde para la encefalización.

Temprano Homo Es posible que se sintieran atraídos por el agua dulce verde porque su dieta blanda, seca y arenosa estaba casi desprovista de dulzura. Las algas atraen una amplia variedad de otros microorganismos nutritivos, incluidas levaduras, hongos, bacterias, virus y otros microorganismos que habrían proporcionado un valor nutritivo adicional. Cuando se ingieren, las algas crean una sensación de saciedad debido a la liberación moderada de glucosa, lo que habría sido una bendición para las madres con bebés hambrientos. Las algas también facilitan la digestión, por lo que las madres pueden haberse asegurado de que sus crías bebieran agua dulce verde cargada de algas después de las comidas. En el lado de sotavento de los lagos y los humedales, el viento sopla las algas en esteras que podrían haberse cosechado fácilmente con un movimiento de la mano. Estas algas concentradas pueden haber sido atractivas por su sabor dulce y su valor proteico.

A medida que sus cerebros se agrandaban, temprano Homo pueden haber expandido su dieta mediante la explotación del ecosistema acuático para alimentadores de algas cargados con proteínas de algas y nutrientes como invertebrados, peces concha y aleta, insectos y anfibios. Los nutrientes de las algas estaban disponibles localmente durante todo el año y eran fáciles de cosechar y estaban listos para comer o para secar y almacenar para su consumo posterior. Las algas pueden haber servido como la sabrosa comida preparada original y proporcionar proteínas saludables con un conjunto completo de aminoácidos críticos, ácidos grasos esenciales que apoyaron el desarrollo del cerebro y el cuerpo, así como vitaminas y minerales críticos. Las poblaciones indígenas de África continúan recolectando algas de las esteras que flotan en el agua para usarlas como suplementos nutricionales.

Mujeres recolectando algas

Mujeres recolectando algas. Drawing in Human Nature, marzo de 1978, por Peter Furst.

Salud
Los primeros cerebros humanos no fueron la única parte del cuerpo que se benefició de las algas. Hoy en día, las cuatro enfermedades por carencia más prevalentes a nivel mundial en la salud pública son: desnutrición, anemia nutricional (deficiencia de hierro y B12), xeroftalmia (deficiencia de vitamina A) y bocio endémico (deficiencia de yodo). Cada una de estas deficiencias de nutrientes habría desafiado a los prehumanos que no tenían armas de caza ni habilidades de caza y también carecían de fuegos para cocinar. Los alimentos vegetales del bosque y la sabana, especialmente en invierno y primavera, habrían impuesto graves deficiencias de nutrientes a los primeros hominoides. Sin los fuegos de cocción para ablandar las paredes celulares y liberar nutrientes en alimentos como nueces, granos, brotes y raíces, gran parte del valor de los nutrientes se habría perdido a principios de Homo.

Puede parecer improbable que un pequeño suplemento de algas pueda proporcionar suficiente vitamina A, yodo, hierro, zinc y otros nutrientes, incluso cuando la dieta local no lo hace. Por lo general, estos oligoelementos críticos existen en el agua local, pero en una dilución extremadamente débil. Las personas, especialmente los niños, no pueden beber suficiente agua para adquirir suficiente yodo. En muchos ecosistemas, hay poca agua dulce disponible para beber. El secreto de las algas para un alto valor nutritivo proviene de su capacidad para bioacumular nutrientes en el agua a 1,000 veces los niveles ambientales. Esto significa que incluso cuando algunos nutrientes, minerales o vitaminas pueden faltar en la dieta humana, las algas pueden concentrar esos nutrientes en la biomasa verde..

Una vez que los cerebros y cuerpos de los hominoides alcanzaron la masa crítica, Homo sapiens expandieron sus dietas y eventualmente se convirtieron en cazadores. El primer registro fósil de un arma de caza tiene solo 400,000 años. La adición de armas de caza y fuegos para cocinar permitió una dieta más diversa y el desarrollo de cerebros humanos modernos, comunicación y cooperación.

El camino dietético para convertirse en humano puede no haber sido un paso en la cadena alimentaria para cosechar la carne de caza de la sabana. Lo más probable es que nuestros antepasados ​​primero bailaran dos pasos en la cadena alimentaria acuática en busca de los beneficios nutricionales de las algas, especialmente los omega-3. Después de que sus cerebros se agrandaron gracias a los nutrientes de las algas, nuestros antepasados ​​estaban preparados para dar el gran paso en la red trófica trófica terrestre para cosechar carne de caza.

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