Riproduzione e storie di vita

Le alghe si rigenerano per riproduzione sessuale, coinvolgendo gameti maschili e femminili (cellule sessuali), per riproduzione asessuata, o per entrambi i modi.

La riproduzione asessuale è la produzione di progenie senza l’unione di cellule o materiale nucleare. Molte piccole alghe si riproducono asessualmente per divisione cellulare ordinaria o per frammentazione, mentre le alghe più grandi si riproducono per mezzo di spore. Alcune alghe rosse producono monospore (cellule sferiche, non flagellate e con pareti) che vengono trasportate dalle correnti d’acqua e dopo la germinazione producono un nuovo organismo. Alcune alghe verdi producono spore non mobili chiamate aplanospore, mentre altre producono zoospore, che mancano di vere pareti cellulari e portano uno o più flagelli. Questi flagelli permettono alle zoospore di nuotare verso un ambiente favorevole, mentre le monospore e le aplanospore devono affidarsi al trasporto passivo da parte delle correnti d’acqua.

La riproduzione sessuale è caratterizzata dal processo di meiosi, in cui le cellule progenitrici ricevono metà delle loro informazioni genetiche da ogni cellula madre. La riproduzione sessuale è solitamente regolata da eventi ambientali. In molte specie, quando la temperatura, la salinità, i nutrienti inorganici (ad esempio, fosforo, azoto e magnesio), o la lunghezza del giorno diventano sfavorevoli, la riproduzione sessuale è indotta. Un organismo che si riproduce sessualmente ha tipicamente due fasi nel suo ciclo vitale. Nella prima fase, ogni cellula ha un solo set di cromosomi ed è chiamata aploide, mentre nella seconda fase ogni cellula ha due set di cromosomi ed è chiamata diploide. Quando un gamete aploide si fonde con un altro gamete aploide durante la fecondazione, la combinazione risultante, con due serie di cromosomi, è chiamata zigote. Immediatamente o in un momento successivo, una cellula diploide subisce direttamente o indirettamente uno speciale processo di divisione cellulare riduttiva (meiosi). Le cellule diploidi in questo stadio sono chiamate sporofite perché producono spore. Durante la meiosi il numero di cromosomi di uno sporofito diploide si dimezza, e le cellule figlie risultanti sono aploidi. Ad un certo punto, immediatamente o più tardi, le cellule aploidi agiscono direttamente come gameti. Nelle alghe, come nelle piante, le cellule aploidi in questo stadio sono chiamate gametofiti perché producono gameti.

I cicli di vita delle alghe che si riproducono sessualmente variano; in alcuni, lo stadio dominante è lo sporofito, in altri è il gametofito. Per esempio, il Sargassum (classe Phaeophyceae) ha un corpo diploide (sporofita), e la fase aploide è rappresentata dai gameti. L’Ectocarpus (classe Phaeophyceae) ha fasi vegetative diploidi e aploidi alternate, mentre la Spirogyra (classe Charophyceae) ha una fase vegetativa aploide, e lo zigote è l’unica cellula diploide.

In particolare nelle specie d’acqua dolce, l’uovo fecondato, o zigote, spesso passa in uno stato dormiente chiamato zigospora. Le zigospore hanno generalmente una grande riserva di cibo e una parete cellulare spessa e resistente. A seguito di uno stimolo ambientale appropriato, come un cambiamento di luce, temperatura o nutrienti, le zigospore sono indotte a germinare e ad iniziare un altro periodo di crescita.

La maggior parte delle alghe può vivere per giorni, settimane o mesi. Piccole alghe si trovano a volte in abbondanza durante un breve periodo dell’anno e rimangono dormienti durante il resto dell’anno. In alcune specie, la forma dormiente è una ciste resistente, mentre altre specie rimangono allo stato vegetativo ma con un numero molto basso di abitanti. Alcune specie grandi e attaccate sono vere e proprie perenni. Possono perdere il corpo principale alla fine della stagione di crescita, ma la parte attaccata, l’holdfast, produce nuova crescita solo all’inizio della stagione di crescita successiva.

Le alghe rosse, come esemplificato da Polysiphonia, hanno alcuni dei cicli di vita più complessi conosciuti per gli organismi viventi. Dopo la meiosi, vengono prodotte quattro tetraspore aploidi, che germinano per produrre un gametofito maschile o femminile. Quando è maturo, il gametofito maschile produce speciali rami spermatangiali che portano strutture, chiamate spermatangia, che contengono gli spermatozoi, i gameti maschili. Il gametofito femminile produce speciali rami carpogonici che portano i carpogoni, i gameti femminili. La fecondazione avviene quando uno spermatozoo maschile, trasportato dalle correnti d’acqua, si scontra con la porzione estesa di un carpogonio femminile e i due gameti si fondono. Il carpogonio fecondato (lo zigote) e il tessuto del gametofito femminile intorno ad esso si sviluppano in una struttura simile a un cesto o a una pustola chiamata carposporofito. Il carposporofito alla fine produce e rilascia carpospore diploidi che si sviluppano in tetrasporofiti. Alcune cellule del tetrasporofito subiscono la meiosi per produrre tetraspore, e il ciclo si ripete. Nel ciclo di vita della Polysiphonia, e di molte altre alghe rosse, ci sono gametofiti maschili e femminili separati, carposporofiti che si sviluppano sui gametofiti femminili, e tetrasporofiti separati.

I cicli di vita delle diatomee, che sono diploidi, sono anche unici. Le pareti delle diatomee, o frustoli, sono composte da due parti sovrapposte (le valve). Durante la divisione cellulare, due nuove valvole si formano al centro della cellula e dividono il protoplasma in due parti. Di conseguenza, le nuove valvole sono generalmente un po’ più piccole delle originali, così dopo molte generazioni successive, la maggior parte delle cellule della popolazione in crescita sono più piccole dei loro genitori. Quando queste diatomee raggiungono una dimensione criticamente piccola, la riproduzione sessuale può essere stimolata. Le piccole cellule diploidi subiscono la meiosi, e nelle diatomee pennate (sottili, ellittiche) i gameti aploidi risultanti si fondono in uno zigote, che diventa abbastanza grande e forma un tipo speciale di cellula chiamata auxospora. L’auxospora si divide, formando due grandi cellule vegetative, e in questo modo si rinnovano le dimensioni maggiori. Nelle diatomee centriche c’è una marcata differenziazione tra gameti femminili non mobili, che agiscono come cellule uovo, e gameti maschili mobili (tipicamente uniflagellati).