Marine Kieselalgen

Kieselalgen

Die Kieselalgen oder Diatomeen (Bacillariophyta) bilden ein Taxon von Photosynthese betreibenden Protisten (Protista) und werden in die Gruppe der Stramenopilen (Stramenopiles) eingeordnet.

Häufig wird die Gruppe auch synonym als Diatomea Dumortier bezeichnet.

Heute unterscheidet man etwa 6000 Arten. Man vermutet jedoch, dass es insgesamt bis zu 100.000 Arten gibt.

Kieselalgen verdanken ihren Namen der in die Zellwände eingelagerten Kieselsäure, die den Algen ein relativ festes Skelett verleiht.

Kieselalgen sind Hauptbestandteil des marinen Phytoplanktons und spielen als Primärproduzenten in der Nahrungskette eine wichtige Rolle.

Im Süßwasser gedeihen viele Arten der Kieselalgen nur bei bestimmten Wasserqualitäten und können als Bioindikatoren dienen.

Kieselalgen im Aquarium

Kieselalgen am Gewässergrund

Kieselalgen, wegen ihrer Farbe oft fälschlich als Braunalgen bezeichnet, treten im Aquarium meist als brauner, manchmal flächiger Belag oder als braune Flocken auf.

Sie können fast alle Gegenstände im Aquarium, wie z.B. Pflanzen oder Scheiben, überziehen.

In relativ neuen Aquarien in der Einfahrphase kann es zu Massenvermehrungen kommen. Die Kieselalgen bilden hier oft einen eher weichen, lockeren Film.

Hohe Silikatgehalte fördern das Wachstum der Kieselalgen.

Häufig ist der Silikatgehalt im Leitungswasser stark erhöht, auch im Regenwasser kann gelegentlich Silikat nachweisbar sein.

Silikat wird von den Kieselalgen zum Aufbau ihrer Zellwände verwendet.

Bei starker Beleuchtung des Aquariums assimilieren die Kieselalgen eifrig und produzieren dabei große Mengen an Sauerstoff.

Merkmale

Pennate und zentrische Kieselalge

Ihren deutschen Trivialnamen verdanken die Kieselalgen ihrer Zellhülle (Frustel), die hauptsächlich aus Siliziumdioxid, dem Anhydrid der Kieselsäure, besteht.

Im deutschen Sprachraum wird die Kieselsäure jedoch oft fälschlicherweise mit ihrem Anhydrid gleichgesetzt.

Das Siliziumdioxid wird vom Organismus aus der Monokieselsäure gewonnen.

Die Frustel ist kastenförmig und besteht aus zwei unterschiedlich großen, schalenförmigen Teilen, deren eine Öffnung über die Öffnung der anderen greift. Die Schalen sind in charakteristischen Mustern strukturiert.

Aufgrund der Schalengeometrie werden zwei Arten von Kieselalgen unterschieden: Zentrische Kieselalgen (Centrales) haben meist runde, manchmal auch dreieckige Schalen, während pennate Kieselalgen (Pennales) stab- oder schiffchenförmige, manchmal auch bogen- oder s-förmig gekrümmte Schalen ausbilden.

Die Schalen werden mit Hilfe spezieller Peptide, so genannter Silaffine, gebildet. Die Silaffine ermöglichen die Ausfällung des Siliziumdioxids in kleine kugelförmige Siliziumdioxid-Aggregate, die so genannten Nanosphären. Diese haben einen Durchmesser von 30 bis 50 nm und bilden in ihrer Gesamtheit die eigentliche Schale. Viele pennate Kieselalgen können sich mit Hilfe einer Raphe auf einer festen Unterlage fortbewegen. Die Geschwindigkeit beträgt bis zu 20 µm/s.

Kieselalgen sind einzellig und fast immer unbegeißelt. Nur bei einigen Arten besitzen die männlichen Gameten eine Geißel, eine nach vorne gerichtete Flimmergeißel.

Die durch sekundäre Endosymbiose mit einer Rotalge entstandenen Plastiden sind braun gefärbt, da das Xanthophyll Fucoxanthin die Farbe der Chlorophylle (Chlorophyll a und c) überdeckt.

Chrysolaminarin dient als Reservestoff. Kieselalgen sind in der Regel mikroskopisch klein. Achnanthes erreicht beispielsweise eine Länge von 40 Mikrometern. Es gibt aber auch Arten, die bis zu 2 Millimeter lang werden.

Vermehrung

Kieselalgen sind diploid und vermehren sich überwiegend ungeschlechtlich durch Zellteilung. Die Tochterzellen erhalten jeweils einen Teil der Schale und bilden den anderen Teil neu; hieraus leitet sich auch der Name „Diatomee“ ab.

Der neue Schalenteil ist immer die kleinere Hypotheka, so dass im Laufe der Generationen die Zellgröße fast aller Nachkommen kontinuierlich abnimmt, nur die Tochterzelllinie der Ausgangsepithele behält die ursprüngliche Maximalgröße.

Wird eine Minimalgröße unterschritten, stirbt das Individuum ab. Vor dem Erreichen der Minimalgröße können jedoch sexuelle Prozesse stattfinden. Aus den Zellen entstehen durch Meiose haploide Gameten.

Bei zentrischen Kieselalgen wurde Oogamie nachgewiesen: Die Gameten werden freigesetzt, nach Verschmelzung eines weiblichen mit einem männlichen Gameten bildet sich aus der Zygote durch Größenwachstum eine Dauerform, eine sogenannte Auxospore.

Bei pennaten Kieselalgen wurde Konjugation beobachtet: Zwei Partner legen sich aneinander und bilden eine gemeinsame Cytoplasmabrücke („Konjugationskanal“), in die je ein haploider Zellkern und ein Chloroplast beider Partner einwandern. Aus der so entstandenen Zygote entwickelt sich eine Auxospore, in der die Kernverschmelzung (Karyogamie) stattfindet.

Aus den Auxosporen der zentrischen und pennaten Kieselalgen entsteht jeweils eine neue, größere Kieselalge mit einer neuen, zweiteiligen Schale.

Vorkommen

Kieselalgen kommen vor allem im Meer und in Süßgewässern planktisch, benthisch oder auf Steinen oder Wasserpflanzen (Epiphyten) vor.

Einige Arten benötigen reines, wenig belastetes Wasser und sind daher Zeigerorganismen für unbelastete Gewässer. Andere Arten hingegen, die im Englischen auch als "agricultural guild" bezeichnet werden, sind typisch für Gewässer, die durch Einträge aus der Landwirtschaft, z.B. durch Überdüngung, besonders belastet sind. Dazu gehören z.B. Navicula radiosa, Melosira varians, Nitzschia palea, Diatoma vulgare oder Amphora perpusilla.

Andere Arten wiederum, die im engl. auch als agricultural guild bezeichnet werden, sind typisch für Gewässer, die durch landwirtschaftliche Einträge, bspw. durch Überdüngung, besonders belastet sind.

Zu diesen werden u. a. Navicula radiosa, Melosira varians, Nitzschia palea, Diatoma vulgare oder Amphora perpusilla gezählt.

Zu den Kieselalgen gehören auch terrestrische Arten, die den Boden und in den Tropen auch die Blätter von Bäumen besiedeln.