caparazón de protista

Las diatomeas forman un filo (disputado) que contiene alrededor de 100 000 especies reconocidas de algas principalmente unicelulares. Las diatomeas generan alrededor del 20 por ciento del oxígeno producido en el planeta cada año, ^{[ 11 ]} absorben más de 6700 millones de toneladas métricas de silicio cada año de las aguas en las que viven, ^{[ 12 ]} y contribuyen con casi la mitad del material orgánico que se encuentra en los océanos.

Las diatomeas están encerradas en conchas protectoras de sílice (vidrio) llamadas frústulas . La estructura intrincada y bellamente diseñada de muchas de estas frústulas es tal que a menudo se las denomina "joyas del mar". ^{[ 13 ]} Cada frústula está formada por dos partes entrelazadas cubiertas de pequeños orificios a través de los cuales la diatomea intercambia nutrientes y desechos. ^{[ 14 ]} Las frústulas de las diatomeas muertas se depositan en el fondo del océano donde, a lo largo de millones de años, pueden acumularse hasta alcanzar una profundidad de medio kilómetro . ^{[ 15 ]}

Las diatomeas utilizan silicio en forma de sílice biogénica (BSiO₂ ₎ , ^{[ 16 ]} que es absorbida por la proteína transportadora de silicio para ser utilizada predominantemente en la construcción de estas estructuras protectoras de la pared celular. ^{[ 17 ]} El silicio ingresa al océano en forma disuelta, como ácido silícico o silicato . ^{[ 18 ]} Dado que las diatomeas son uno de los principales usuarios de estas formas de silicio, contribuyen en gran medida a la concentración de silicio en todo el océano. El silicio forma un perfil similar al de los nutrientes en el océano debido a la productividad de las diatomeas en profundidades someras, lo que significa que hay una menor concentración de silicio en la superficie del océano y una mayor concentración de silicio en el océano profundo. ^{[ 18 ]}

La productividad de las diatomeas en la superficie del océano contribuye a la cantidad de silicio exportado a las profundidades oceánicas. ^{[ 19 ]} Cuando las células de diatomeas se lisan en la superficie del océano, sus nutrientes, como el hierro, el zinc y el silicio, son transportados a las profundidades oceánicas mediante un proceso llamado nieve marina . La nieve marina implica la transferencia descendente de materia orgánica particulada mediante la mezcla vertical de materia orgánica disuelta . ^{[ 20 ]} La disponibilidad de silicio parece crucial para la productividad de las diatomeas, y mientras haya ácido silícico disponible para que las diatomeas lo utilicen, estas contribuyen con otras concentraciones importantes de nutrientes en las profundidades oceánicas. ^{[ 21 ]}

En las zonas costeras, las diatomeas son los principales organismos fitoplanctónicos y contribuyen significativamente a la producción de sílice biogénica. Sin embargo, en mar abierto, las diatomeas desempeñan un papel menor en la producción global anual de sílice. Las diatomeas en los giros subtropicales del Atlántico Norte y el Pacífico Norte contribuyen solo con aproximadamente el 6 % de la producción global anual de sílice marina, mientras que el Océano Austral produce alrededor de un tercio de la sílice biogénica marina global. ^{[ 22 ]} Se dice que el Océano Austral tiene una "división biogeoquímica", ya que solo se transportan cantidades minúsculas de silicio fuera de esta región. ^{[ 23 ]}

Formas de diatomeas

Dibujos de Haeckel , 1904

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  Las diatomeas son uno de los tipos más comunes de fitoplancton.
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  Sus conchas protectoras (frustos) están hechas de silicio.
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  Vienen en muchas formas y tamaños.

diatomeas

Céntrico

Pennado

Las diatomeas tienen una concha de sílice ( frústula ) con simetría radial (céntrica) o bilateral (pennada).

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  Frustula silicificada de una diatomea pennada con dos mitades superpuestas.
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  Guinardia delicatula , una diatomea responsable de las floraciones de algas en el Mar del Norte y el Canal de la Mancha ^{[ 24 ].}
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  Diatomea fósil
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  Existen más de 100.000 especies de diatomeas que representan el 50% de la producción primaria del océano.

diatomeas

Las diatomeas, componentes principales del plancton marino, tienen esqueletos de sílice llamados frústulas . "Las estructuras microscópicas de las diatomeas les ayudan a manipular la luz, lo que genera esperanzas de que puedan usarse en nuevas tecnologías para la detección de luz, la computación o la robótica. ^{[ 26 ]}

Imágenes SEM de poros en frústulas de diatomeas ^{[ 27 ]}

Las frústulas de diatomeas se han acumulado durante más de 100 millones de años, dejando ricos depósitos de óxido de silicio nano y microestructurado en forma de tierra de diatomeas en todo el mundo. Las causas evolutivas de la generación de sílice nano y microestructurada por algas fotosintéticas aún no están claras. Sin embargo, en 2018 se demostró que la absorción de luz ultravioleta por la sílice nanoestructurada protege el ADN en las células de las algas, y esto podría ser una causa evolutiva de la formación de las jaulas de vidrio. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

Triparma laevis y un dibujo de su concha de silicato, barra de escala = 1 μm.

Dibujo despiezado de la concha, D = placa dorsal, G = placa del cinturón, S = placa del escudo y V = placa ventral.

Triparma laevis pertenece a las Bolidophyceae , un taxón hermano de las diatomeas. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

Formas de radiolarios

Dibujos de Haeckel , 1904

Los radiolarios son protistas depredadores unicelulares encerrados en elaboradas conchas globulares (o "cápsulas"), generalmente de sílice y perforadas. Su nombre proviene del latín "radio". Capturan a sus presas extendiendo partes de su cuerpo a través de los orificios. Al igual que las frústulas de sílice de las diatomeas, las conchas de los radiolarios pueden hundirse hasta el fondo oceánico cuando mueren y conservarse como parte del sedimento marino. Estos restos, como microfósiles , proporcionan información valiosa sobre las condiciones oceánicas del pasado. ^{[ 31 ]}

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  Al igual que las diatomeas, los radiolarios se presentan en muchas formas.
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  Al igual que las diatomeas, las conchas de los radiolarios suelen estar hechas de silicato.
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  Sin embargo, los radiolarios acantarios tienen conchas hechas de cristales de sulfato de estroncio.

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  Diagrama esquemático en sección transversal de una concha esférica de radiolario.
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  Cladococcus abietinus

Radiolario fósil

Microtomografía de rayos X de Triplococcus acanthicus . Se trata de un microfósil del Ordovícico Medio con cuatro esferas anidadas. La esfera más interna está resaltada en rojo. Cada segmento se muestra a la misma escala. ^{[ 33 ]}

Turing y la morfología de los radiolarios

Caparazón de un radiolario esférico

micrografías de conchas

Las simulaciones por computadora de patrones de Turing en una esfera replican fielmente algunos patrones de conchas de radiolarios ^{[ 34 ].}

Los cocolitóforos son diminutos protistas fotosintéticos unicelulares con dos flagelos para la locomoción. La mayoría están protegidos por una concha llamada cocosfera . Las cocosferas están cubiertas de placas o escamas circulares ornamentadas llamadas cocolitos . Los cocolitos están hechos de carbonato de calcio. El término cocolitóforo deriva del griego y significa " piedra portadora de semillas" , en referencia a su pequeño tamaño y a los cocolitos que transportan. En las condiciones adecuadas, proliferan, al igual que otros fitoplancton, y pueden teñir el océano de un blanco lechoso . ^{[ 35 ]}

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  Cocolitóforos que reciben su nombre de la serie documental de la BBC El Planeta Azul.
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  El cocolitóforo Emiliania huxleyi

Cocolitóforos

Tienen placas llamadas cocolitos

Fósil extinto

Los cocolitóforos construyen esqueletos de calcita importantes para el ciclo del carbono marino ^{[ 36 ].}

Existen beneficios para los protistas que poseen conchas protectoras. El diagrama de la izquierda muestra algunos beneficios que los cocolitóforos obtienen al poseer cocolitos. En el diagrama, (A) representa la fotosíntesis acelerada, incluyendo mecanismos de concentración de carbono (MCC) y una mayor absorción de luz mediante la dispersión de fotones escasos para especies que habitan en profundidad. (B) representa la protección contra el fotodaño, incluyendo la protección solar contra la luz ultravioleta (UV) y la radiación fotosintéticamente activa (RFA), así como la disipación de energía en condiciones de alta luminosidad. (C) representa la protección de la armadura, que incluye la protección contra infecciones virales/bacterianas y el pastoreo por parte de herbívoros selectivos y no selectivos. ^{[ 37 ]}

Beneficios de tener conchas

Beneficios en la calcificación de cocolitóforos ^{[ 37 ]} – ver texto anterior

Costos de tener conchas

Costos energéticos en la calcificación de cocolitóforos ^{[ 37 ]}

También existen costos para los protistas que portan conchas protectoras. El diagrama de la derecha muestra algunos de los costos energéticos que los cocolitóforos incurren al transportar cocolitos. En el diagrama, los costos energéticos se informan como porcentaje del presupuesto fotosintético total. (A) representa los procesos de transporte que incluyen el transporte a la célula desde el agua de mar circundante de los sustratos primarios de calcificación Ca²⁺ _y HCO₃⁻ ₍ flechas negras) y la eliminación del producto final H⁺ de la célula (flecha gris). El transporte de Ca²⁺ _a través del citoplasma a la vesícula del cocolito (VC) es el costo dominante asociado con la calcificación. (B) representa los procesos metabólicos que incluyen la síntesis de polisacáridos asociados al cocolito (CAPs – rectángulos grises) por el complejo de Golgi (rectángulos blancos) que regulan la nucleación y la geometría de los cristales de CaCO₃ _. El cocolito completo (placa gris) es una estructura compleja de CAPs y cristales de _CaCO₃ intrincadamente dispuestos. (C) Los procesos mecánicos y estructurales explican la secreción de los cocolitos completos que son transportados desde su posición original adyacente al núcleo hasta la periferia celular, donde son transferidos a la superficie de la célula. ^{[ 37 ]}

Formas de foraminíferos

Dibujos de Haeckel , 1904

Al igual que los radiolarios, los foraminíferos ( o foraminíferos, para abreviar) son protistas depredadores unicelulares, también protegidos por conchas con agujeros. Su nombre proviene del latín y significa "portadores de agujeros". Sus conchas, a menudo llamadas testas , pueden ser monocamerales o multicamerales; los foraminíferos multicamerales añaden más cámaras a medida que crecen. Las más famosas están hechas de calcita, pero las testas también pueden estar hechas de aragonita , partículas de sedimento aglutinadas , quitina o (raramente) sílice. La mayoría de los foraminíferos son bentónicos , pero alrededor de 40 especies vivas son planctónicas . ^{[ 38 ]} Son objeto de numerosas investigaciones y cuentan con registros fósiles bien establecidos que permiten a los científicos inferir mucho sobre los ambientes y climas del pasado. ^{[ 31 ]} Algunos foraminíferos carecen por completo de testas. ^{[ 39 ]}

Foraminíferos

Concha vacía de foraminífero, que muestra múltiples cámaras y poros.

...y en la vida, mostrando pseudópodos que salen de los poros

Los foraminíferos son importantes protistas zooplanctónicos unicelulares , a menudo con caparazones de calcita.

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  Sección que muestra las cámaras de un foramen espiral.
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  Ectoplasma granular de Ammonia tepida vivo en movimiento para capturar alimento
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  Grupo de foraminíferos planctónicos
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  Foraminíferos nummulítidos fósiles de diversos tamaños del Eoceno.
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  Las pirámides egipcias fueron construidas con piedra caliza que contenía nummulites . ^{[ 41 ]}