Reproduktion och livshistoria

Alger föryngrar sig genom sexuell reproduktion med manliga och kvinnliga könsceller (gameter), genom asexuell reproduktion eller på båda sätten.

Axuell reproduktion är produktion av avkomma utan förening av celler eller kärnmaterial. Många små alger förökar sig asexuellt genom vanlig celldelning eller genom fragmentering, medan större alger förökar sig genom sporer. Vissa rödalger producerar monosporer (väggar, icke-flagellära, sfäriska celler) som transporteras av vattenströmmar och som vid groning ger upphov till en ny organism. Vissa grönalger producerar icke rörliga sporer som kallas aplanosporer, medan andra producerar zoosporer, som saknar riktiga cellväggar och har en eller flera flageller. Dessa flageller gör det möjligt för zoosporer att simma till en gynnsam miljö, medan monosporer och aplanosporer måste förlita sig på passiv transport genom vattenströmmar.

Könslig fortplantning kännetecknas av processen meios, där avkommocellerna får hälften av sin genetiska information från varje föräldracell. Den sexuella reproduktionen regleras vanligtvis av miljöhändelser. Hos många arter induceras sexuell reproduktion när temperatur, salthalt, oorganiska näringsämnen (t.ex. fosfor, kväve och magnesium) eller dagslängd blir ogynnsamma. En sexuellt reproducerande organism har vanligtvis två faser i sin livscykel. I den första fasen har varje cell en enda uppsättning kromosomer och kallas haploid, medan varje cell i den andra fasen har två uppsättningar kromosomer och kallas diploid. När en haploid gamet smälter samman med en annan haploid gamet under befruktningen kallas den resulterande kombinationen, med två uppsättningar kromosomer, för en zygot. Antingen omedelbart eller vid en senare tidpunkt genomgår en diploid cell direkt eller indirekt en särskild reducerande celldelningsprocess (meios). Diploida celler i detta stadium kallas sporofyter eftersom de producerar sporer. Under meiosen halveras kromosomantalet i en diploid sporofyt, och de resulterande dottercellerna är haploida. Vid någon tidpunkt, omedelbart eller senare, fungerar haploida celler direkt som könsceller. Hos alger, liksom hos växter, kallas haploida celler i detta stadium för gametofyter eftersom de producerar könsceller.

Livscyklerna hos sexuellt reproducerande alger varierar; hos vissa är det dominerande stadiet sporofyten, hos andra är det gametofyten. Sargassum (klass Phaeophyceae) har till exempel en diploid (sporofyt) kropp, och den haploida fasen representeras av gameter. Ectocarpus (klass Phaeophyceae) har växelvis diploida och haploida vegetativa stadier, medan Spirogyra (klass Charophyceae) har ett haploid vegetativt stadium och zygoten är den enda diploida cellen.

I framför allt sötvattensarter övergår det befruktade ägget, eller zygoten, ofta till ett vilande tillstånd som kallas zygospore. Zygosporer har i allmänhet ett stort lager av matreserver och en tjock, motståndskraftig cellvägg. Efter en lämplig miljöstimulans, t.ex. en förändring av ljus, temperatur eller näringsämnen, förmås zygosporerna att gro och påbörja en ny tillväxtperiod.

De flesta alger kan leva i dagar, veckor eller månader. Små alger finns ibland i riklig mängd under en kort period av året och förblir vilande under resten av året. Hos vissa arter är den vilande formen en motståndskraftig cysta, medan andra arter förblir i vegetativt tillstånd men i mycket låga populationer. Vissa stora, fastsittande arter är riktiga perenner. De kan förlora huvudkroppen i slutet av växtsäsongen, men den fastsittande delen, fasthållaren, producerar ny tillväxt först i början av nästa växtsäsong.

Rödalgerna, som Polysiphonia är ett exempel på, har några av de mest komplexa livscykler som är kända för levande organismer. Efter meiosen produceras fyra haploida tetrasporer som gror och ger upphov till antingen en manlig eller en kvinnlig gametofyt. När den hanliga gametofyten är mogen producerar den speciella spermatangiella grenar som bär strukturer som kallas spermatangier och som innehåller spermier, de manliga könscellerna. Den kvinnliga gametofyten producerar särskilda karpogonialgrenar som bär karpogonier, de kvinnliga könscellerna. Befruktning sker när en manlig sperma, som transporteras av vattenströmmar, kolliderar med den förlängda delen av en kvinnlig carpogonium och de två könscellerna smälter samman. Det befruktade carpogoniumet (zygoten) och den kvinnliga gametofytvävnaden runt omkring utvecklas till en korgliknande eller pustelliknande struktur som kallas carposporofyt. Carposporofyten producerar och släpper så småningom diploida carposporer som utvecklas till tetrasporofyter. Vissa celler i tetrasporofyten genomgår meios för att producera tetrasporer, och cykeln upprepas. I livscykeln hos Polysiphonia och många andra rödalger finns det separata manliga och kvinnliga gametofyter, carposporofyter som utvecklas på de kvinnliga gametofyterna och separata tetrasporofyter.

Livscyklerna hos kiselalger, som är diploida, är också unika. Diatomers väggar, eller frustuli, består av två överlappande delar (ventilerna). Under celldelningen bildas två nya ventiler i mitten av cellen och delar protoplasman i två delar. Följaktligen är de nya klaffarna i allmänhet något mindre än de ursprungliga, så efter många på varandra följande generationer är de flesta cellerna i den växande populationen mindre än sina föräldrar. När sådana kiselalger når en kritiskt liten storlek kan sexuell reproduktion stimuleras. De små diploida cellerna genomgår meios, och bland pennata (tunna, elliptiska) kiselalger smälter de resulterande haploida gameterna samman till en zygot, som växer sig ganska stor och bildar en speciell sorts cell som kallas auxospore. Auxosporen delar sig och bildar två stora, vegetativa celler, och på detta sätt förnyas den större storleken. Hos centriska kiselalger finns det en tydlig differentiering mellan icke rörliga kvinnliga gameter, som fungerar som äggceller, och rörliga (vanligtvis uniflagellata) manliga gameter.