CAPÍTULO 1
¿Qué son las algas?
Características generales
Las algas son un grupo muy amplio y heterogéneo de seres vivos para los cuales no existe una definición fácil. De hecho, una respuesta sencilla y rápida que frecuentemente se puede obtener es que las algas no son más que plantas marinas. En realidad, esta descripción está muy alejada de la realidad, y no solo porque las algas puedan vivir en otros entornos alejados del mar, sino porque su directa similitud a las plantas terrestres no es tampoco acertada. ¿Cómo pueden entonces definirse las algas? En realidad, existen numerosas definiciones de algas, y dependiendo de los autores y expertos que las enuncien, incluirían diferentes tipos de organismos o no; algunos tipos están presentes en todas las definiciones, mientras que otros son más controvertidos.
En cualquier caso, el primer punto en común que podemos encontrar para todas las algas es que son organismos autótrofos fotosintéticos, es decir, organismos que son capaces de generar su propia energía (su propio alimento) a partir de la fotosíntesis, utilizando la radiación solar para ello. Sin embargo, a partir de este punto en común la situación se complica mucho más, puesto que los diferentes grupos de algas pueden diferir en cuanto a su origen, línea evolutiva, así como en lo que respecta a otros parámetros bioquímicos. Tanto es así que los organismos clasificados históricamente dentro del término algas pueden pertenecer a tres de los seis grandes reinos taxonómicos más frecuentemente empleados hoy día para agrupar sistemáticamente a todos los seres vivos: Bacteria, Protista y Plantae (figura 1).
Figura 1
Inclusión de los diferentes tipos de algas en los reinos taxonómicos empleados en la división en seis reinos.
Fuente: Elaboración propia.
En general, todas las algas, además de ser fotosintéticas, tienen otras características en común que las diferencian de las plantas terrestres, como son la ausencia de tallos, raíces y hojas. Como resultado de esta gran variabilidad, que trataremos posteriormente, se pueden encontrar algas con grandes diferencias morfológicas que van desde organismos unicelulares microscópicos a grandes organismos multicelulares de decenas de metros de longitud, pasando por organismos multicelulares filamentosos simples o ramificados. Esto ha provocado que se emplee comúnmente una clasificación no formal que divide las algas en microalgas (unicelulares y microscópicas) y macroalgas (mucho más parecidas a lo que podríamos denominar plantas acuáticas). De hecho, aunque es una cifra aproximada, se considera que existirían al menos 40.000 especies de algas diferentes.
En cuanto a su localización, como anteriormente se mencionaba, las algas no son exclusivas del medio marino, sino que se pueden encontrar también en otros medios acuáticos (de agua dulce) y en otros ecosistemas con una alta humedad como suelos, nieve o incluso en algunas rocas.
Clasificación
No es el objetivo de este libro proporcionar una exhaustiva clasificación taxonómica de las algas. Dicha clasificación está actualmente en tela de juicio, de forma que se pueden establecer diferentes grupos y subgrupos de algas. Teniendo en cuenta las más relevantes en lo que respecta a su relación con la alimentación, podemos hacer una distinción entre microalgas y macroalgas. En la tabla 1 se resume la clasificación que hemos empleado en este libro.
Tabla 1
Clasificación propuesta para las algas.
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Grupo |
Clase |
Características |
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Microalgas |
Diatomophyceae |
Diatomeas unicelulares con uno o dos flagelos Paredes de silicio muy resistentes |
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Dinoflagellata |
Flagelados Parte del plancton marino |
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Cyanobacteria |
Algas verde-azuladas Unicelulares o coloniales |
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Macroalgas |
Rhodophyta |
Algas rojas Pluricelulares en tejidos especializados Casi todas son marinas |
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Phaeophyceae |
Algas marrones Casi todas son marinas Algunas de las algas de mayor tamaño |
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Chlorophyceae |
Algas verdes Unicelulares o pluricelulares La mayoría de agua dulce |
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Fuente: Elaboración propia. |
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Dentro del grupo de las microalgas se encuentran las diatomeas o los dinoflagelados, además de las cianobacterias. Muchos de estos organismos se consideran parte del plancton marino y son mayoritariamente organismos unicelulares aislados. Las diatomeas y los dinoflagelados pueden tener flagelos, que son estructuras que permiten que se desplacen en el medio acuático. Algunas especies tienen características muy llamativas, como algunos dinoflagelados, que son fosforescentes y son los responsables de algunas de las imágenes nocturnas de mares tropicales tan espectaculares que vemos en las noticias. En cuanto a las cianobacterias, conocidas genéricamente como algas verde-azuladas, son principalmente también organismos unicelulares, aunque pueden formar colonias o asociaciones de células independientes en diferentes formas, por ejemplo, filamentos. Como su propio nombre indica, poseen características muy similares a las bacterias, aunque, a diferencia de estas, las cianobacterias pueden fabricar su propio alimento utilizando la radiación solar gracias a la clorofila que poseen, mientras que las bacterias son organismos llamados heterótrofos, lo que implica que deben alimentarse de otras materias orgánicas. Las cianobacterias se encuentran en todos los ecosistemas imaginables, y son, de hecho, uno de los grupos de organismos más ampliamente distribuidos en el planeta. Algunas de ellas, como vamos a ver a lo largo de este libro, fueron ya utilizadas como alimento por parte de antiguas civilizaciones.
En lo que respecta a las macroalgas, existen tres grupos principales, conocidos popularmente como algas rojas (Rhodophyta), algas pardas o marrones (Phaeophyta) y algas verdes (Chlorophyta). Estos tres grupos fueron creados en el siglo pasado en función del color de la estipe, que es una de las partes en las que se divide la estructura de las algas macroscópicas: rizoides, estipe y lámina (figura 2).
El rizoide es la parte del alga que toma contacto con el sustrato donde se encuentran fijadas, a modo de raíz, aunque, a diferencia de estas, no tienen una función de absorción y transporte de nutrientes, sino que se limita a mantener al alga anclada a una determinada superficie. En algunas especies, el rizoide es sustituido por un disco basal de fijación. Sea en forma de rizoide o de disco de fijación, tras esta estructura crece la estipe, que puede tener una longitud variable y que se asemejaría al tallo de las plantas superiores. Por último, la lámina es la parte más visible del alga y puede tener muy variada morfología, desde filamentosa a tubular, delgada, de cinta, laminar o incluso calcificada en algunos casos. Junto con la estipe conforma la fronda (parecida a lo que serían las hojas de las plantas superiores).
Figura 2
Representación esquemática de las diferentes partes que componen la estructura de una macroalga.
Fuente: Elaboración propia.
Dentro del grupo de algas verdes, se pueden encontrar asimismo algas unicelulares, y no solo pluricelulares. Es un grupo muy amplio que contiene más de 7.000 especies diferentes, la mayor parte de ellas de agua dulce, aunque también existen especies típicas de ambientes marinos. Las algas verdes poseen clorofila a y b, que son los pigmentos principales para poder llevar a cabo la fotosíntesis dentro de los cloroplastos, aunque también contienen algunos pigmentos accesorios denominados xantofilas (un tipo de carotenoides), que les aportan su color verde. Por su parte, las algas rojas suelen ser organismos multicelulares, aunque, como el resto de algas, no forman tejidos especializados como los que se pueden encontrar en las plantas superiores. Son muy típicas de ambientes templados, por ejemplo de climas tropicales, y se encuentran fundamentalmente en ecosistemas marinos. Se calcula que existen unas 4.000 especies pertenecientes a este grupo. En general, además de clorofila, contienen dentro de sus cloroplastos ficoeritrina, que son pigmentos asociados a un cierto tipo de proteínas, las ficoeritrobilinas, que les confieren su característico color rojo. Asimismo, las algas rojas son las fuentes industriales más importantes de carragenanos, es decir, polisacáridos que se utilizan como ingredientes en alimentos. El tercer grupo de macroalgas es el formado por las algas marrones o algas pardas. En este caso, se considera que existen unas 1.500 especies diferentes, entre ellas algunas de las más extendidas y conocidas, así como aquellas que presentan un mayor tamaño. Las algas marrones deben su color a un pigmento accesorio que se encuentra en los cloroplastos junto con la clorofila, llamado fucoxantina. Este compuesto es un carotenoide muy importante por su demostrado efecto anticancerígeno, entre otros.
En general, independientemente del grupo que se considere, existe una gran variedad morfológica, con diversos tipos de crecimiento, diferentes grados de especialización, varios tipos de reproducción y distinta composición química, lo que tiene una gran importancia desde el punto de vista de la alimentación, como se verá a lo largo de esta obra.
Ecología en territorio español
En lo que respecta a su ecología en territorio español, se puede observar una gran diversidad, como corresponde al elevado número de kilómetros de costa con condiciones ambientales muy diferenciadas, como las costas del Cantábrico o del Mediterráneo o incluso las más cálidas que se pueden encontrar en las islas Canarias. En este sentido, las especies predominantes serán muy dependientes de la zona geográfica considerada.
Así, en las costas cantábrica y atlántica norte, con temperaturas medias del agua más bajas que en otras zonas (11 ºC en invierno y 18 ºC en verano), predominarán organismos más adaptados a las bajas temperaturas en comparación con zonas más templadas, como las que se encuentran en las Canarias, por ejemplo. Aun así, la diversidad es enorme. Por ejemplo, se han encontrado más de 600 especies de algas diferentes en las costas de Galicia, siendo predominantes en número, como en el resto de la costa cantábrica, las algas rojas, con respecto a las marrones y verdes, menos numerosas en términos de cantidad de especies diferentes presentes.
Producción y recolección
Aunque las algas se utilizan desde hace cientos de años, su uso práctico estaba limitado a la recolección de las especies de interés directamente de las costas o de los medios acuáticos accesibles. Sin embargo, con el crecimiento de la población mundial, así como con el aumento del interés por este tipo de organismos para su uso en alimentación, surgieron nuevas necesidades, caracterizadas principalmente por la obligación de disponer de las diferentes especies de algas durante el máximo tiempo posible y de manera anual, además de poder obtener una cantidad apropiada para satisfacer la demanda.
Por esta razón, se comenzó a popularizar el cultivo de algas para intentar resolver estos problemas potenciales. De esta forma, además se protegen las especies naturales que podrían verse sometidas a una sobreexplotación demasiado intensa y se facilita la recolecta y la obtención de especies que crecen de manera natural en zonas de más difícil acceso.
Dentro de los diferentes aspectos a considerar en la producción de algas se deben diferenciar los relacionados con la producción de macroalgas y aquellos relativos a la producción de microalgas, dadas las tremendas diferencias que existen entre ambos sistemas productivos.
Producción de macroalgas
Las macroalgas son más difíciles de producir que las microalgas, puesto que deben cultivarse en sus ambientes naturales o en condiciones próximas. Es muy común que se dé el cultivo de macroalgas en zonas de aguas marinas de poca profundidad durante la marea baja para favorecer el cosechado. En general es una actividad considerada de poco desarrollo tecnológico, aunque de mucha laboriosidad. De hecho, algunas de las maneras más simples de cultivo de macroalgas consisten en colocar líneas de cuerdas de varias decenas de metros de longitud entre dos palos a intervalos regulares. A partir de esta simple aproximación, se han realizado desarrollos algo más complejos, como, por ejemplo, el uso de cuerdas mucho más largas que se pueden utilizar en aguas más profundas, para lo cual se mantienen ancladas al fondo a través de dispositivos flotantes. En cualquiera de los dos casos, las cuerdas sirven de sostén físico donde se fijan las esporas de las algas y donde posteriormente crecerán. Una vez finalizado su crecimiento son cosechadas durante la marea baja y secadas.
En cualquier caso, las condiciones de crecimiento, así como el sitio de cultivo, deben adaptarse a los requerimientos nutricionales y medioambientales de la especie que se quiera producir, por lo que es de especial importancia conocer muy bien la biología y el ciclo reproductivo de la especie. Cabe destacar también que la producción y cultivo de macroalgas está muy centrado en países asiáticos, puesto que es donde su consumo es mucho mayor.
Algunas especies que actualmente se están cultivando son, por ejemplo, Porphyra, Undaria pinnatifida y Saccharina japonica, tanto en Japón como en China o Indonesia. Asimismo, la industria del cultivo de macroalgas está muy arraigada en Filipinas, fundamentalmente como un medio para la extracción de carragenanos, es decir, un tipo de polisacáridos que se ha empleado tradicionalmente para la elaboración de postres lácteos y como gelificante en distintos tipos de alimentos.
Producción de microalgas
La perspectiva de la producción de microalgas es totalmente diferente a la de las macroalgas, pues las microalgas se producen en instalaciones situadas generalmente en tierra firme, y diseñadas en exclusiva para tal fin. Por lo tanto, el nivel de desarrollo tecnológico en este caso es mucho mayor e implica muchos estudios para optimizar los parámetros de cultivo de cada especie.
En la actualidad existen numerosas empresas en todo el mundo, también en España, que se dedican al cultivo de diferentes especies de microalgas, sea para su uso en alimentación o para otros usos alternativos que se verán en el capítulo 5. A su vez, existen diferentes tecnologías de producción que pueden ser más o menos viables dependiendo de las condiciones ambientales y del lugar geográfico donde se lleve a cabo la producción. En concreto, los procesos productivos se pueden realizar en reactores abiertos (que pueden ser de diferente diseño y estructura) o en fotobiorreactores. Los reactores abiertos son canalizaciones de agua con sistemas que la mantienen en movimiento (empleando palas grandes para mover el agua). En general, son infraestructuras más baratas de construir y mantener que otras y permiten obtener teóricamente grandes rendimientos al incluir grandes volúmenes de agua. Sin embargo, estos sistemas de cultivo abiertos están limitados a las condiciones ambientales, tanto de luz como de temperatura, y pueden sufrir contaminaciones de otros microorganismos que dificultan el crecimiento del cultivo de interés. A veces, dependiendo de la especie, esta desventaja puede salvarse modulando las condiciones de cultivo; por ejemplo, la microalga Dunaliella salina crece en condiciones de salinidad elevadas, lo que limita el crecimiento de otras especies y contaminaciones de manera natural. Por tanto, aunque estos sistemas son mucho más baratos que los sistemas cerrados, también presentan importantes desventajas que, en la práctica, pueden incluso llegar a limitar la producción únicamente a los meses con condiciones ambientales adecuadas.
Para evitar algunos de estos inconvenientes se han desarrollado diferentes tecnologías de fotobiorreactores. Estos son sistemas cerrados capaces de incorporar una fuente de luz. Dentro del fotobiorreactor se inoculan cultivos iniciadores, que consisten en una población de microalgas (con condiciones determinadas de crecimiento), y se incluyen todos los nutrientes que esa especie necesita para su desarrollo. También se pueden utilizar biorreactores cerrados, pero en exterior, que dependerán en este caso de la luz natural.
Los avances tecnológicos han permitido el diseño de distintos sistemas que se utilizan comercialmente con éxito y que son menos sensibles a contaminaciones comparados con los reactores abiertos. Tras un periodo de crecimiento, el sistema suele vaciarse para proceder con el cosechado. Los sistemas de cosechado que más se utilizan comercialmente se basan en el centrifugado del medio y recolección de la materia sólida o en impulsar procesos de floculado que induzcan la sedimentación de las células y permitan recuperarlas.
Hay que tener en cuenta que un cultivo de microalgas se verá afectado, en lo que a productividad se refiere, por diferentes factores entre los cuales destacan la luz, la temperatura, la presencia de nutrientes, la concentración de oxígeno y/o de dióxido de carbono, etc., tal y como se muestra en la figura 3.
Cada especie de microalga cultivada tendrá sus condiciones óptimas de crecimiento, de forma que se maximice su producción. Sin embargo, debemos considerar algunos factores que complican un poco más la situación: en general puede decirse que no siempre las mejores condiciones que permiten un crecimiento más rápido de las algas (denominado biomasa) son las mismas que permiten una acumulación en ellas de compuestos de interés. Por ejemplo, imaginemos que se quiere producir una microalga determinada con un contenido en proteína muy alto. Es muy probable que las condiciones que se tienen que aplicar a ese cultivo para que las células de alga contengan dicha cantidad de proteína sean muy diferentes a las condiciones bajo las cuales las mismas células crecen y se reproducen a una velocidad máxima (máxima producción de biomasa). Por tanto, existen muchos parámetros y premisas que debemos considerar en cada caso. Aunque esto pueda parecer una desventaja, también es una de las características más apreciadas en las microalgas en cuanto a su utilización industrial, es decir, la posibilidad de poder modular en cierta medida (obviamente dependiendo de la especie) la composición química que va a tener el cultivo.
Figura 3
Principales parámetros que influyen significativamente en la productividad que alcanza un cultivo de algas.
Fuente: Elaboración propia.
Esta modulación se induce operando sobre las condiciones de crecimiento, para lo cual es evidente que se necesita poseer un amplísimo conocimiento sobre la influencia de los diferentes factores (luz, ausencia de nutrientes, temperatura, etc.) en la composición química de las células resultantes. Volviendo al ejemplo anterior, la microalga verde Dunaliella salina se cultiva porque es capaz de acumular en su interior grandes cantidades de β-caroteno, un compuesto fundamental en nuestra dieta como precursor de la vitamina A, en la cual se transforma después de su ingesta. Pues bien, dependiendo de la salinidad a la que se desarrolle el cultivo, los niveles de β-caroteno que se encuentren en el mismo pueden llegar a ser drásticamente diferentes. En este caso concreto se utiliza una alta concentración de sal para producir un ambiente de crecimiento particularmente difícil para el alga, es decir, producir un tipo de estrés, de forma que su metabolismo actúa en respuesta al mismo produciendo mayor cantidad de β-caroteno. De manera análoga, existen multitud de ejemplos con otras especies de microalgas.