Physik in der Tierwelt: Kieselalgen und ihre "Architektur"

Kieselalgen sind einzellige und koloniale Algen, die sich durch das Vorhandensein von Siliziumdioxid in den Zellen der Schutzhülle auszeichnen. Kieselalgen leben sowohl im Meer- als auch im Süßwasser. Experten zufolge erzeugen solche Algen etwa ein Viertel der organischen Materie auf der Erde.

Die Form der Kieselalgen ist sehr unterschiedlich. Typischerweise sind Kieselalgen eine Schale, innerhalb und außerhalb der sich eine relativ kleine Schicht organischer Substanz befindet. Das Skelett der Zellstruktur unterscheidet sich in der Pennat- und der zentrischen Region. Die erste Gruppe hat bilaterale Symmetrie, die zweite - radiale. Der Name der Algen stammt vom griechischen Wort Diatomeen ("in zwei Teile geschnitten"). Tatsache ist, dass die Schalen der Kieselalgen in zwei Hälften geteilt sind (mehr dazu weiter unten).

Wenn nur eine Symmetrieachse durch den Panzer der Schale gezogen werden kann, kann diese Symmetrie als bilateral symmetrisch bezeichnet werden. Der Panzer besteht normalerweise aus zwei Hälften, wobei die größere Hälfte die kleinere bedeckt. Die Schale der Kieselalgen besteht aus einer Silica-Abdeckung. Es gibt nur wenige zusätzliche Elemente wie Eisen, Aluminium, Magnesium und eine Reihe organischer Substanzen. Die Wandstärke der Schale hängt von der Siliziumkonzentration im Medium ab und variiert erheblich: in dünnwandigen Formen - von Hundertstel bis Zehntel Mikrometer - und in dickwandigen Formen erreicht sie 1-3 Mikrometer. Muschelwändevon den kleinsten Löchern durchdrungen, wodurch ein Stoffwechsel zwischen Protoplasten und der Umwelt hergestellt wird. Sie sind auch mit verschiedenen geformten Elementen ausgestattet, die die Struktur der Schale bilden und als taxonomische Hauptmerkmale beim Aufbau des Kieselalgensystems dienen. Der Panzer und seine Struktur sind bereits bei geringer Vergrößerung des Mikroskops unterscheidbar.

Trotzdem ist es nicht so einfach, die Details der Struktur des Siliciumdioxidpanzers herauszufinden. Um die Form der Kieselalgenschale zu verstehen, muss das Verhältnis von Achsen und Symmetrieebenen berücksichtigt werden.

Über den Lebensstil der Kieselalgen ist viel bekannt. Kieselalgen leben recht gut in einer Vielzahl von Ökosystemen und Biotopen. Algen leben sowohl in den Ozeanen als auch in den Meeren sowie in Brack- und Süßwasserkörpern. Sie sind im Boden, in der Luft, sie wurden im Eis der Arktis und Antarktis gefunden. Diese Algen sind gut an eine Vielzahl von Umweltfaktoren angepasst. Bei der Entschlüsselung des gesamten Genoms der Kieselalge Phaeodactylum tricornutum stellte sich kürzlich heraus, dass sie eine Rekordzahl von Genen für Eukaryoten enthält, die durch horizontalen Transfer von Bakterien und Archaeen erhalten wurden. Jetzt wird angenommen, dass etwa 300 Gattungen, darunter 20-35 Arten, zur Klasse der Kieselalgen gehören.

Selbst für Spezialisten kann es schwierig sein, eine Art von Kieselalge von einer anderen zu trennen. Um Kieselalgen korrekt zu identifizieren, verwenden Wissenschaftler das Schalenmuster nach dem Entfernen des Protoplasten. Experten sagen, dass die Schale der Kieselalgen und die Art der Verzierung einer der wichtigsten Punkte bei der Identifizierung sind. Die Form der Algenschale ist in allen drei Dimensionen symmetrisch. Die Ober- und Unterseite des Skeletts der Algen passen fast perfekt zusammen.


Kieselalgen sind sehr unterschiedlich, und Wissenschaftler müssen noch viele interessante Fakten über diese Algen herausfinden. Die Bilder zeigen sowohl die Kieselalgen als auch die Ornamente, die aus ihnen bestehen

Aus den Kieselalgen der viktorianischen Zeit wurden Ornamente angelegt. Aufgrund der Tatsache, dass die Algen selbst mikroskopisch klein sind, die Ornamente mit bloßem Auge nicht sichtbar sind, werden sie unter einem Mikroskop hergestellt. Und dann bewundern sie unter dem Mikroskop ihre Arbeit. Diese sorgfältige Arbeit wird mit der dünnsten Nadel ausgeführt.


Interessanterweise sind Kieselalgen ein wichtiger Bestandteil der Ernährung von Walen. Ein mittelgroßer Wal kann also mehrere hundert Kilogramm Kieselalgen gleichzeitig fressen.

Trotz der Tatsache, dass Kieselalgen sehr klein sind - ihre Größe beträgt etwa ein Viertel des Durchmessers eines menschlichen Haares - haben diese Algen aus Sicht des Designers ein perfektes „Design“. Alle Fälle von Kieselalgen sind in drei Dimensionen symmetrisch, wobei die Ober- und Unterseite der Kieselalgen nahezu perfekt zueinander passen.

Algen sind so abhängig von Siliziumdioxid, dass sich Kieselalgen nicht teilen, wenn die Konzentration von Kieselsäure in einer bestimmten Region recht niedrig ist. Eine der Quellen für Siliciumdioxid ist Si (OH) ₄Eintritt in die Algen durch Kieselsäuretransportproteine. Leider können Wissenschaftler noch nicht herausfinden, wie Kieselsäure an die Zelle abgegeben wird. Wissenschaftler glauben, dass Si (OH) ₄ und Na von Algen im Verhältnis 1: 1 transportiert werden.

Während der Zytokinese erzeugt die Zellmembran eine Verengung, aber der Golgi-Komplex beginnt und beginnt, die sogenannten Vesikel zu reproduzieren. Sie werden immer in neu gebildeten Zellen aufbewahrt.

Interessanterweise gibt es viele Formen der Kieselalgenschale. Sie können Scheiben und Zylindern, Röhrchen und Kugeln, Trommeln und Streitkolben ähneln. Originell ist auch die Vielfalt der Ventilformen (rund, oval, lanzettlich, linear, rhombisch gitarrenförmig, 5-förmig und andere).

Die Struktur der Schale vieler Arten von Kieselalgen ist aus Sicht des Architekten ideal. Einige Gebäude wurden nach dem Vorbild der Algenschale gebaut. Ein solches Beispiel ist der Bau des Berliner Theaters. Die Schöpfer verwendeten die Kieselalgenform beim Bau der Säule des Berliner Theaters. Interessanterweise wurden die Proportionen ohne große Änderung und Berechnung genommen. Der Diatomeenpanzer ist ungewöhnlich stark, wenn auch porös. Wissenschaftler hoffen, es gründlich untersuchen zu können, um den Trick mit "Lochstrukturen" wiederholen zu können, bei denen die Löcher die Festigkeit und den Widerstand der Schale erhöhen.

Source: https://habr.com/ru/post/de399231/