Guinguette Marais Poitevin

Die Diatomeen: Ein kurzer Überblick

Die Kieselalgen (Diatomeen) sind eine erstaunliche Gruppe von Organismen, die zum Stamm der Stremenopile gehören. Diese photosynthetischen Einzeller (mit einer Größe von 1 µm bis über 1 mm) besitzen die Chlorophylle a und c sowie eine Reihe von akzessorischen Pigmenten, darunter Xanthophylle und Carotinoide, die den lebenden Zellen eine goldbraune Farbe verleihen. Sie produzieren zweigeteilte gläserne Zellwände und ihre Produkte aus der Photosynthese sind Lipide. Einige haben behauptet, dass Diatomeen die effizienteste Photosynthesemaschinerie aller Organismengruppen haben. Kieselalgen kommen in Meeres-, Ästuar- und Süßwasser-Ökosystemen vor und besiedeln ein breites Spektrum von Umweltbedingungen. Da sie an fast jedem Ort zu finden sind, an dem es Wasser gibt oder gab, und aufgrund ihrer effizienten Photosyntheseprozesse sind sie wichtige Akteure im globalen Kohlenstoff- und Sauerstoffkreislauf. Und weil sie für die Zellteilung Siliziumdioxid benötigen, sind sie auch wichtige Akteure im globalen Kreislauf der Kieselsäure. Trotz ihrer geringen Größe sind sie also wichtige Komponenten im globalen Ressourcenkreislauf.

In den meisten aquatischen Ökosystemen bilden Kieselalgen zusammen mit anderen Algen die Basis der Nahrungskette. Als Primärproduzenten sind sie wichtige Bindeglieder zwischen der abiotischen und der biotischen Welt. In dieser entscheidenden Position (zusätzlich zu ihren kurzen Generationszeiten) können sie wichtige Indikatoren für Umweltveränderungen sein (siehe unten). Kieselalgen werden von Primärkonsumenten bevorzugt selektiert, u.a. wegen des reichhaltigen Öls, das sie produzieren.

Insgesamt nimmt die Gruppe eine enorme ökologische Breite ein. Im Binnenland sind Diatomeen überall auf der Welt zu finden, von den Tropen bis zu den Polen, in einer Vielzahl von Lebensräumen, darunter viele lentische Umgebungen wie große bis kleine Seen, Moore, Quellen und Sümpfe, und in lotischen Umgebungen, von Oberwasserbächen bis zur Mündung großer Flüsse. Entlang eines Temperaturgradienten wurden sie als im Eis wachsend erkannt, und sie sind einige der ersten Eukaryoten, die in heißen Quellen gefunden wurden. In Bezug auf den Salzgehalt wurden sie in salzigen Binnenseen gefunden, wo der Salzgehalt um ein Vielfaches höher sein kann als im Ozean, und in einigen der am stärksten verdünnten Süßgewässer. Kieselalgen werden in einigen der natürlichsten, unberührten Umgebungen und in den Ausläufen von primären Kläranlagen gefunden. Sie wurden über acht Größenordnungen relativ zur Wasserstoffionenkonzentration gefunden, in sehr niedrigen pH-Wassern (ca. 2,5 in saurem Grubenwasser) bis hin zu alkalischen Systemen, in denen der pH-Wert über 10 liegt (oberhalb dieses pH-Wertes löst sich die Kieselsäure in ihren Zellwänden auf).

Aufgrund ihrer kieselsäurehaltigen Zellwände wurde ein umfangreicher Fossilnachweis von Kieselalgen entwickelt, sowohl im Meer als auch im Süßwasser. Das marine Fossil von Kieselalgen reicht bis in den Jura zurück. Fossile Aufschlüsse der marinen Aufzeichnungen gibt es auf allen Kontinenten und viele Bohrkerne aus den Ozeanen, die während des Tiefseebohrprogramms und des Ocean Drilling Programs entnommen wurden. Es gibt viel mehr Gattungen von marinen Kieselalgen als von Süßwasser-Kieselalgen. Im Süßwasserbereich sind die Aufzeichnungen viel jünger, wobei die ältesten bekannten Aufzeichnungen aus dem Eozän stammen. Meeres- und Süßwasserablagerungen können in Fläche und Tiefe ausgedehnt sein, und viele wirtschaftlich wertvolle Ressourcen werden aus diesen Kieselalgenablagerungen gewonnen.

Zusätzlich zu diesen breiten Spektren von Umweltbedingungen besetzen Kieselalgen eine breite Palette von physikalischen Nischen in aquatischen Ökosystemen. Sie haben Anpassungen für die Existenz im Plankton, schwimmend oder treibend nahe der Wasseroberfläche von Seen und großen Flüssen. Man findet sie in energiereichen Uferzonen und in schnell fließenden Gewässern, wo sie sich durch eine Vielzahl von Mechanismen an Steine, Felsen, Holz und andere Pflanzen und Algen anheften. In ruhigeren Gewässern können Kieselalgen die benthische Umgebung bewohnen, entweder als ruhende Sporen oder in einigen Fällen können sich die Arten mit einer Raphe bewegen und sich in den Sedimenten oder anderen Substraten mikroskopisch positionieren.

Zusätzlich zu den physikalischen und chemischen Komponenten der Lebensräume, in denen Kieselalgen auftreten, gibt es auch biologische Elemente. Zum Beispiel können Diatomeen verschiedene Kohlenstoffquellen nutzen, und es gibt einige wenige Arten, die vollständig heterotroph sind und unter den Schleimpolysacchariden von Algen leben. Sie können an einer Vielzahl von Symbiosen beteiligt sein, entweder in losen Assoziationen (z. B. im Schleim kolonialer Protozoen), von Organismen beherbergt (z. B. Dinoflagellaten) oder von Blaualgen beherbergt werden (einige Diatomeen integrieren ihre Symbionten sogar als stickstofffixierende Organellen).

Angesichts der globalen Verbreitung, der großen ökologischen Breite und der wichtigen ökologischen Rolle sollte es nicht überraschen, dass die Diatomeen phylogenetisch vielfältig sind. Es gibt über 75.000 benannte Taxa in der Gruppe, und einige Schätzungen gehen davon aus, dass es über 200.000 Arten geben könnte. Eine Ordnung, die Bacillariales, hat zum Beispiel mehr beschriebene Arten als alle Säugetiere zusammen.

Während die Kieselalgen als Gruppe weit verbreitet sind, haben einzelne Arten ihre eigenen Vorlieben und Toleranzen gegenüber Umweltbedingungen. Kieselalgen reagieren schnell auf Umweltveränderungen. Das Verständnis der Reaktionen einzelner Arten sowie der Gemeinschaft ist ein grundlegender Ansatz, um Kieselalgen zur Untersuchung des Zustands und der Trends von aquatischen Ökosystemen zu nutzen. Diatomeen werden seit mehr als einem Jahrhundert zur Bewertung der Wasserqualität verwendet, und es gibt eine enorme Menge an Literatur zu diesem Thema auf mehreren Kontinenten und in vielen Ländern, und dieser Ansatz wurde zur Bewertung der aktuellen Bedingungen in vielen Süßwasser-, Ästuar- und Meeresumgebungen verwendet. Mit Hilfe von Fossilien sowie einigen Langzeitüberwachungen wurden Kieselalgen nicht nur zur Rückschau auf vergangene Bedingungen, sondern auch zur Vorhersage von Trends der Umweltveränderung verwendet.

Die Anwendungen von Kieselalgen gehen weit über die Bewertung der Wasserqualität hinaus. Ihre fossilen Überreste (marinen und Süßwasser-Ursprungs), die als Kieselgur bekannt sind, haben viele Materialanwendungen, von der Isolierung über Schleifmittel bis hin zur Filtration. Ihre Fähigkeit, durch Photosynthese Lipide zu produzieren, hat die Aufmerksamkeit auf die Verwendung von Kieselalgen als Quelle für erneuerbare Biokraftstoffe gelenkt, und die Lipidzellen für ein Vielfaches des Preises von Erdöl als Quelle für Omega-3-Öle als Nahrungsergänzungsmittel. Sie werden in der Nanotechnologie und in der Medizin eingesetzt, sowohl wegen ihrer gläsernen Zellwände als auch wegen der bioaktiven Produkte, die sie produzieren.

Forschungsinteressen mit Kieselalgen umfassen Nanotechnologie, Biodiversität und Lebensraumerhaltung, und aufgrund ihrer zeitlichen und räumlichen Kompaktheit werden sie genutzt, um ökologische Phänomene sowohl unter theoretischen als auch praktischen Gesichtspunkten zu untersuchen. Molekulare Studien suchen nach der genetischen und physiologischen Maschinerie für eine breite Palette von Aktivitäten, von der Ölproduktion über die Aufnahme und den Stoffwechsel als Reaktion auf Temperatur- und Nährstoffschwankungen bis hin zur Transformation von Genomen. Und es zeichnet sich eine Revolution in unserem Verständnis ihrer phylogenetischen Beziehungen ab, die sicherlich die klassischen Ansätze ihrer Klassifizierung auf den Kopf stellen wird.

Herausgeber

• Kociolek, John Patrick: leitender taxonomischer Herausgeber

• Blanco, Saúl
• Coste, Michel
• Ector, Luc
• Karthick, Balasubramanian
• Kociolek, John Patrick: Mediophyceae
• Kulikovskiy, Maxim
• Liu, Yan
• Ludwig, Thelma
• Lundholm, Nina
• Potapova, Marina
• Rimet, Frédéric
• Sabbe, Koen
• Sala, Silvia
• Sar, Eugenia
• Taylor, Jonathan
• Thirouin, Kevin (auf Anfrage Pat Kociolek, Assistenzzeit), Bacillariophyceae incertae sedis (auf Anfrage Pat Kociolek, Assistenzzeit)
• Van de Vijver, Bart
• Wetzel, Carlos Eduardo
• Williams, David M.
• Witkowski, Andrzej
• Witkowski, Jakub

Geschichte der Kataloge von Diatomeennamen

Fourtanier und Kociolek (2009) bieten eine Geschichte der Entwicklung von Katalogen von Diatomeennamen (beginnend in den frühen 1800er Jahren mit der Arbeit von Agardh und Bory), Jahrhunderts mit der Arbeit von Agardh und Bory), einschließlich der wichtigsten veröffentlichten Kataloge mit Schwerpunkt auf Diatomeen, darunter die von Habirshaw, Peragallo, Mills und Vanlandingham. Die Arbeit von Ruth Patrick an der Akademie der Naturwissenschaften zur Erstellung und zum Aufbau eines Katalogs von Arten, die nach 1932 beschrieben wurden (zusammengefasst von Potapova et al. 2017 und die Arbeit von Paul Silva und die Entwicklung des Index Nominum Algarum waren ebenfalls wichtige Ressourcen für Diatomeennamen. Der Catalogue of Diatom Names (Fourtanier und Kociolek 2011) wurde als Online-Ressource aufgebaut, die die oben genannten Ressourcen integriert und miteinander abgleicht und die Verifizierung von Informationen über 12.500 Referenzen beinhaltet. Über 64.000 Namen von Diatomeen-Taxa wurden in den Catalogue of Diatom Names aufgenommen, der die Namen, Beschreiber, Publikation und homotypische Synonyme für die Namen auflistet.

DiatomBase ist ein Versuch, den Catalogue of Diatom Names zu integrieren und Namen aufzunehmen, die seit der letzten Aktualisierung des Catalogue of Diatom Names (2011) erschienen sind, sowie Informationen über Arten, Ökologie, Bilder, Originalbeschreibungen und Verbreitungen aufzunehmen. Da es von VLIZ unterstützt wird, ist es auch ein Ziel, zu verstehen, welche Namen in DiatomBase akzeptierte Namen sind, sowie deren breite ökologische Verbreitung. Die Bestimmung der akzeptierten Namen ist ein Prozess, der nicht nur das Erkennen von homotypischen Synonymen, sondern auch von heterotypischen Synonymen beinhalten wird. Bis heute gibt es über 74.000 Namen in DiatomBase. Es ist die Aufgabe der Redakteure, mit Hilfe unserer Community neue Einträge aufzunehmen, Unstimmigkeiten zu beseitigen und den aktuellen Einträgen zusätzliche Informationen hinzuzufügen, um DiatomBase zu einer weitreichenden Ressource für die Arbeit an Diatomeen zu machen.

Was hier in den Ressourcen steht: Möglichkeiten und Grenzen und zukünftige Entwicklung

Für jede Diatomeenart oder jedes infraspezifische Taxon, ob akzeptiert oder nicht, kann es die folgenden Einträge geben:

1. Gattungsname
2. der Artname
3. der infraspezifische Name, falls zutreffend, angegeben als Trinomial, nach dem International Code of Nomenclature
4. der Autor und das Jahr des Artnamens
5. die AphiaID (ein eindeutiger numerischer Datenbank-Identifikator)
6. die höhere Klassifikation (derzeit nach Cox, 2015)
7. der Status als „akzeptiert“ oder „nicht akzeptiert“. In Bezug auf die Verwendung für WoRMS und andere Ressourcen bedeutet dies, ob es sich um eine akzeptierte biologische Entität handelt, also weder ein homotypisches noch ein heterotypisches Synonym. Da es viele Meinungen darüber gibt, ob ein Taxon akzeptiert ist oder nicht, sollte, wenn dies bestimmt wurde (wenn es nicht bestimmt wurde, verwenden wir den Begriff „unassigned“), eine Referenz angegeben werden, die verwendet wurde, um die Bestimmung vorzunehmen.
8. Record Status (gibt an, wer den Datensatz überprüft hat)
9. Rang des Taxons, z. B. Art
10. Parent: unmittelbar höheres Taxon, z. B. Gattung, zu dem das vorliegende Taxon gehört
11. Synonymisierte Taxa: die Liste der homotypischen und seltener heterotypischen Synonyme, die mit dem vorliegenden Namen verknüpft sind
12. Quellen: Literaturangaben zur Originalbeschreibung und ggf. zu einer neueren Revision (als „Grundlage des Datensatzes“).
13. Kindertaxa: alle unmittelbar untergeordneten Taxa, z.B.. Varietäten und Formen
14. Umwelt: marin, brackig oder Süßwasser
15. Fossiles Verbreitungsgebiet: nur rezent oder auch als Fossil bekannt (in Kürze werden auch epochale Verbreitungsgebiete verfügbar sein)
16. Verbreitung: Angabe der modernen geographischen Verbreitung des Taxons, zumindest basierend auf der Herkunft des Holotyps
    Es können verschiedene Geotope angegeben werden, vorzugsweise die marine Ökoregion (siehe Spalding et al. 2007), häufig aber auch die Ausschließliche Wirtschaftszone des Landes. Die Verbreitungsgebiete der jüngeren Synonyme werden automatisch mit jeder ‚akzeptierten Art‘ angezeigt
17. Exemplar: Informationen zum Typusexemplar oder zu veröffentlichten Exemplaren
18. Links: zu anderen Diatomeen-Ressourcen, zu Bildern und anderen Informationen auf spezifischen Servern. Derzeitige allgemeine Links sind: für Bilder, Originalbeschreibungen und Genbank, etc.
19. Notizen: alle weiteren relevanten Informationen, einschließlich Beschreibungen, Kommentare, Erklärungen, etc.
20. Bilder: Fotos oder andere Bilder, die auf die Seite hochgeladen werden
    Wir bevorzugen ‚objektive‘ Bilder der Taxa, wie z.B. Fotos oder Illustrationen von Typusexemplaren. Wir fördern keine Fotos von unidentifizierten Diatomeen, aber zuverlässig identifizierte, urheberrechtsfreie Bilder sind willkommen.
21. LSID-Notation: (ähnlich der ISBN in Publikationen)
22. Bearbeitungshistorie: Datum des Eintrags und vorgenommene Änderungen, Name des Bearbeiters
23. Link zum taxonomischen Baum.

Cox, E.J. (2015). Coscinodiscophyceae, Mediophyceae, Fragilariophyceae, Bacillariophyceae (Diatomeen). In: Syllabus der Pflanzenfamilien. Adolf Engler’s Syllabus der Pflanzenfamilien. 13. Auflage. Photoautotrophe eukaryotische Algen Glaucocystophyta, Cryptophyta, Dinophyta/Dinozoa, Heterokontophyta/Ochrophyta, Chlorarachniophyta/Cercozoa, Euglenophyta/Euglenozoa, Chlorophyta, Streptophyta pp. (Frey, W. editor), pp. 64-103. Berlin: Borntraeger Wissenschaftsverlag.

Fourtanier, E. & Kociolek, J.P. (2009). Katalog der Kieselalgennamen. Part 1. Introduction and Bibliography. Occasional Papers of the California Academy of Sciences 156: 1-168.

Fourtanier, E. & Kociolek, J.P. (2011). Catalogue of Diatom Names, California Academy of Sciences, Online-Version aktualisiert am 18. September 2011. Online verfügbar unter http://researcharchive.calacademy.org/research/diatoms/names/index.asp

Potapova, M.G., Minerovic, A.D., Veselá, J., Smith, C.R. (Editors) (2018). Diatom New Taxon File at the Academy of Natural Sciences (DNTF-ANS), Philadelphia. Abgerufen am JJJJ-MM-TT von http://symbiont.ansp.org/dntf

Zitat

Die Verwendung von Daten aus der DiatomBase in wissenschaftlichen Publikationen sollte wie folgt zitiert werden:

• Kociolek, J.P.; Blanco, S.; Coste, M.; Ector, L.; Liu, Y.; Karthick, B.; Kulikovskiy, M.; Lundholm, N.; Ludwig, T.; Potapova, M.; Rimet, F.; Sabbe, K.; Sala, S.; Sar, E.; Taylor, J.; Van de Vijver, B.; Wetzel, C.E.; Williams, D.M.; Witkowski, A.; Witkowski, J. (2021). DiatomBase. Accessed at http://www.diatombase.org on 2021-03-25

Wenn die Daten aus der DiatomBase einen wesentlichen Teil der in den Analysen verwendeten Datensätze ausmachen, sollte der/die Chefredakteur(en) der Datenbank kontaktiert werden. Möglicherweise gibt es zusätzliche Daten, die sich für solche Analysen als wertvoll erweisen können.
Einzelne Seiten sind individuell verfasst und datiert. Diese können separat zitiert werden: die korrekte Zitierweise ist am unteren Rand jeder Seite angegeben.