5.4 : Algues

Objectifs d'apprentissage

• Expliquer pourquoi les algues font partie de la discipline de la microbiologie
• Décrire les caractéristiques uniques des algues
• Identifier des exemples d'algues productrices de toxines
• Comparez les principaux groupes d'algues dans ce chapitre et donnez des exemples de chacun
• Classer les organismes algaux selon les grands groupes

Les algues sont des protistes autotrophes qui peuvent être unicellulaires ou multicellulaires. Ces organismes se trouvent dans les supergroupes Chromalveolata (dinoflagellés, diatomées, algues dorées et algues brunes) et Archaeplastida (algues rouges et algues vertes). Ils sont importants du point de vue écologique et environnemental car ils sont responsables de la production d'environ 70 % de l'oxygène et de la matière organique des milieux aquatiques. Certains types d'algues, même microscopiques, sont régulièrement consommés par les humains et d'autres animaux. De plus, les algues sont à l'origine de l'agar, de l'agarose et du carraghénane, des agents solidifiants utilisés en laboratoire et dans la production alimentaire. Bien que les algues ne soient généralement pas pathogènes, certaines produisent des toxines. Les efflorescences algales nocives, qui se produisent lorsque les algues se développent rapidement et produisent des populations denses, peuvent produire de fortes concentrations de toxines qui altèrent le fonctionnement du foie et du système nerveux chez les animaux aquatiques et les humains.

Comme les protozoaires, les algues ont souvent des structures cellulaires complexes. Par exemple, les cellules algales peuvent contenir un ou plusieurs chloroplastes qui contiennent des structures appelées pyrénoïdes pour synthétiser et stocker l'amidon. Les chloroplastes eux-mêmes diffèrent par leur nombre de membranes, ce qui indique la présence d'événements endosymbiotiques secondaires ou tertiaires rares. Les chloroplastes primaires possèdent deux membranes : l'une provient des cyanobactéries d'origine englouties par la cellule eucaryote ancestrale, et l'autre provient de la membrane plasmique de la cellule engloutie. Les chloroplastes de certaines lignées semblent résulter d'une endosymbiose secondaire, au cours de laquelle une autre cellule a englouti une cellule d'algue verte ou rouge qui contenait déjà un chloroplaste primaire. La cellule engloutie a tout détruit sauf le chloroplaste et peut-être la membrane cellulaire de sa cellule d'origine, laissant trois ou quatre membranes autour du chloroplaste. Les différents groupes d'algues possèdent des pigments différents, ce qui se reflète dans des noms communs tels que algues rouges, algues brunes et algues vertes.

Certaines algues, les algues marines, sont macroscopiques et peuvent être confondues avec les plantes. Les algues peuvent être rouges, brunes ou vertes, selon leurs pigments photosynthétiques. Les algues vertes, en particulier, présentent certaines similitudes importantes avec les plantes terrestres ; toutefois, il existe également des distinctions importantes. Par exemple, les algues n'ont pas de véritables tissus ou organes comme les plantes. De plus, les algues n'ont pas de cuticule cireuse qui empêche leur dessèchement. Les algues peuvent également être confondues avec les cyanobactéries, des bactéries photosynthétiques qui ressemblent à des algues ; toutefois, les cyanobactéries sont des procaryotes (voir Bactéries non protéobactéries à Gram négatif et Bactéries phototrophes).

Les algues ont des cycles de vie variés. La reproduction peut être asexuée par mitose ou sexuelle à l'aide de gamètes.

Diversité algale

Bien que les algues et les protozoaires étaient autrefois séparés taxonomiquement, ils sont maintenant mélangés en supergroupes. Les algues sont classées dans les Chromalveolata et les Archaeplastida. Bien que les euglénozoaires (au sein du supergroupe Excavata) incluent des organismes photosynthétiques, ceux-ci ne sont pas considérés comme des algues car ils se nourrissent et sont mobiles.

Les dinoflagellés et les stramenopiles font partie des Chromalveolata. Les dinoflagellés sont principalement des organismes marins et constituent une composante importante du plancton. Ils ont divers types nutritionnels et peuvent être phototrophes, hétérotrophes ou mixotrophes. Ceux qui sont photosynthétiques utilisent de la chlorophylle a, de la chlorophylle c ₂ et d'autres pigments photosynthétiques (Figure\(\PageIndex{1}\)). Ils ont généralement deux flagelles, ce qui les fait tourbillonner (en fait, le nom dinoflagellé vient du mot grec qui signifie « tourbillon » : dini). Certains ont des plaques de cellulose formant un revêtement extérieur dur, ou theca, comme armure. De plus, certains dinoflagellés produisent des neurotoxines qui peuvent provoquer la paralysie chez les humains ou les poissons. L'exposition peut se produire par contact avec de l'eau contenant des toxines dinoflagellées ou en se nourrissant d'organismes ayant consommé des dinoflagellés.

Lorsqu'une population de dinoflagellés devient particulièrement dense, une marée rouge (un type de prolifération d'algues nuisibles) peut se produire. Les marées rouges nuisent à la vie marine et aux humains qui consomment de la vie marine contaminée. Les principaux producteurs de toxines sont le Gonyaulax et l'Alexandrium, qui provoquent tous deux une intoxication paralytique par les crustacés. Une autre espèce, Pfiesteria piscicida, est connue pour tuer les poissons car, à certaines étapes de son cycle de vie, elle peut produire des toxines nocives pour les poissons et semble être responsable d'une série de symptômes, notamment des pertes de mémoire et de la confusion, chez les humains exposés à de l'eau contenant l'espèce.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Les dinoflagellés présentent une grande diversité de formes. Beaucoup sont recouverts d'une armure en cellulose et possèdent deux flagelles qui s'insèrent dans des rainures entre les plaques. Le mouvement de ces deux flagelles perpendiculaires provoque un mouvement de rotation. (crédit : modification de l'œuvre par le CSIRO)

Les stramenopiles comprennent les algues dorées (Chrysophyta), les algues brunes (Phaeophyta) et les diatomées (Bacillariophyta). Les stramenopiles contiennent de la chlorophylle a, de la chlorophylle c ₁ /c ₂ et de la fucoxanthine comme pigments photosynthétiques. Leur glucide de réserve est la chrysolaminarine. Alors que certains n'ont pas de parois cellulaires, d'autres ont des écailles Les diatomées possèdent des flagelles et des frustules, qui sont des parois cellulaires externes de silice cristallisée ; leurs restes fossilisés sont utilisés pour produire de la terre de diatomées, qui a diverses utilisations telles que la filtration et l'isolation. De plus, les diatomées peuvent se reproduire par voie sexuelle ou asexuée. Un genre de diatomées, le Pseudo-Nitzschia, est connu pour être associé à des efflorescences algales nuisibles.

Les algues brunes (Phaeophyta) sont des algues marines multicellulaires. Certains peuvent être extrêmement gros, comme le varech géant (Laminaria). Elles possèdent des limbes, des tiges et des structures semblables à des feuilles, appelées supports, qui sont utilisées pour se fixer au substrat. Cependant, il ne s'agit pas de vraies feuilles, tiges ou racines (Figure\(\PageIndex{2}\)). Leurs pigments photosynthétiques sont la chlorophylle a, la chlorophylle c, le β-carotène et la fucoxanthine. Ils utilisent la laminarine comme hydrate de carbone de réserve.

Les archéplastes comprennent les algues vertes (Chlorophyta), les algues rouges (Rhodophyta), un autre groupe d'algues vertes (Charophyta) et les plantes terrestres. Les Charaphytes ressemblent le plus aux plantes terrestres car ils partagent un mécanisme de division cellulaire et une voie biochimique importante, entre autres caractéristiques que les autres groupes ne possèdent pas. Comme les plantes terrestres, les charophytes et les chlorophytes possèdent de la chlorophylle a et de la chlorophylle b sous forme de pigments photosynthétiques, des parois cellulaires de cellulose et de l'amidon comme molécule de stockage des glucides. La chlamydomonas est une algue verte qui possède un seul gros chloroplaste, deux flagelles et un stigmate (tache oculaire) ; elle joue un rôle important dans la recherche en biologie moléculaire (Figure\(\PageIndex{3}\)).

La chlorelle est une grande algue unicellulaire, non mobile, et Acetabularia est une algue verte unicellulaire encore plus grande. La taille de ces organismes remet en question l'idée selon laquelle toutes les cellules sont petites. Ils sont utilisés dans la recherche en génétique depuis que Joachim Hämmerling (1901-1980) a commencé à travailler avec eux en 1943. Le Volvox est une algue unicellulaire coloniale (Figure\(\PageIndex{3}\)). Ulva, une algue verte multicellulaire de plus grande taille, est également connue sous le nom de laitue de mer en raison de ses gros limbes verts comestibles. La gamme de formes de vie au sein de la chlorophyte, qu'il s'agisse de formes unicellulaires, de divers niveaux de colonialité ou de formes multicellulaires, a constitué un modèle de recherche utile pour comprendre l'évolution de la multicellularité. Les algues rouges sont principalement multicellulaires mais incluent certaines formes unicellulaires. Ils ont des parois cellulaires rigides contenant de la gélose ou du carraghénane, qui sont utiles comme agents de solidification des aliments et comme solidifiant ajouté aux milieux de croissance des microbes.

Figure\(\PageIndex{2}\) : (a) Ces gros varech multicellulaires appartiennent aux algues brunes. Remarquez les « feuilles » et les « tiges » qui les font ressembler à des plantes vertes. (b) Il s'agit d'une espèce d'algue rouge qui est également multicellulaire. (c) L'algue verte Halimeda incrassata, présentée ici sur le fond marin en eau peu profonde, semble avoir des structures semblables à des plantes, mais ce n'est pas une vraie plante. (d) La bioluminescence, visible dans l'onde de crête sur cette image, est un phénomène de certains dinoflagellés. (e) Les diatomées (illustrées sur cette micrographie) produisent des tests silicacés (squelettes) qui forment des terres à diatomées. (f) Les algues vertes coloniales, comme le volvox sur ces trois micrographies, présentent des associations cellulaires simples et coopératives. (crédit a, e : modification d'une œuvre par la NOAA ; crédit b : modification d'une œuvre par Ed Bierman ; crédit c : modification d'une œuvre par James St. John ; crédit d : modification d'une œuvre par « catalano82 » /Flickr ; crédit f : modification d'une œuvre par le Dr Ralf Wagner)

Figure\(\PageIndex{3}\) : Chlamydomonas est une algue verte unicellulaire.

Exercice\(\PageIndex{1}\)

Quels groupes d'algues sont associés à des proliférations d'algues nuisibles ?

Concepts clés et résumé

• Les algues constituent un groupe diversifié de protistes eucaryotes photosynthétiques.
• Les algues peuvent être unicellulaires ou multicellulaires.
• Les grandes algues multicellulaires sont appelées algues marines, mais ne sont pas des plantes et sont dépourvues de tissus et d'organes ressemblant à des plantes.
• Bien que les algues soient peu pathogènes, elles peuvent être associées à des efflorescences d'algues toxiques qui peuvent nuire à la faune aquatique et contaminer les fruits de mer par des toxines qui provoquent la paralysie.
• Les algues jouent un rôle important dans la production de la gélose, qui est utilisée comme agent de solidification dans les milieux microbiologiques, et du carraghénane, qui est utilisé comme agent de solidification.