Vermenigvuldiging en levensgeschiedenissen

Algen planten zich voort door geslachtelijke voortplanting, waarbij mannelijke en vrouwelijke geslachtscellen (geslachtscellen) betrokken zijn, door ongeslachtelijke voortplanting, of op beide manieren.

Aseksuele voortplanting is de productie van nageslacht zonder de vereniging van cellen of kernmateriaal. Veel kleine algen planten zich ongeslachtelijk voort door gewone celdeling of door fragmentatie, terwijl grotere algen zich door sporen voortplanten. Sommige rode algen produceren monosporen (wandige, niet-flagellaire, bolvormige cellen) die door de waterstroming worden meegevoerd en na kieming een nieuw organisme voortbrengen. Sommige groene algen produceren niet-beweeglijke sporen, aplanosporen genaamd, terwijl andere zoösporen produceren, die geen echte celwanden hebben en een of meer flagellen dragen. Dankzij deze flagellen kunnen zoösporen naar een gunstige omgeving zwemmen, terwijl monosporen en aplanosporen afhankelijk zijn van passief transport door waterstromen.

Seksuele voortplanting wordt gekenmerkt door het meioseproces, waarbij de nakomelingscellen de helft van hun genetische informatie van elke oudercel ontvangen. Seksuele voortplanting wordt gewoonlijk gereguleerd door omgevingsfactoren. Bij veel soorten wordt de geslachtelijke voortplanting geïnduceerd wanneer temperatuur, zoutgehalte, anorganische voedingsstoffen (b.v. fosfor, stikstof en magnesium), of daglengte ongunstig worden. Een zich geslachtelijk voortplantend organisme kent gewoonlijk twee fasen in zijn levenscyclus. In de eerste fase heeft elke cel een enkele set chromosomen en wordt haploïd genoemd, terwijl in de tweede fase elke cel twee sets chromosomen heeft en diploïd wordt genoemd. Wanneer een haploïde gameet tijdens de bevruchting met een andere haploïde gameet versmelt, wordt de resulterende combinatie, met twee sets chromosomen, een zygote genoemd. Onmiddellijk of op een later tijdstip ondergaat een diploïde cel direct of indirect een speciaal reductief celdelingsproces (meiose). Diploïde cellen in dit stadium worden sporofyten genoemd, omdat zij sporen produceren. Tijdens de meiose wordt het chromosomenaantal van een diploïde sporofyt gehalveerd, en de resulterende dochtercellen zijn haploïd. Op een bepaald moment, onmiddellijk of later, fungeren haploïde cellen rechtstreeks als gameten. Bij algen worden de haploïde cellen in dit stadium, net als bij planten, gametofyten genoemd, omdat zij geslachtscellen produceren.

De levenscycli van seksueel voortplantende algen lopen uiteen; bij sommige is het dominante stadium de sporofyt, bij andere is het de gametofyt. Sargassum (klasse Phaeophyceae) bijvoorbeeld heeft een diploïd (sporofiet) lichaam, en de haploïde fase wordt vertegenwoordigd door gameten. Ectocarpus (klasse Phaeophyceae) heeft afwisselend diploïde en haploïde vegetatieve stadia, terwijl Spirogyra (klasse Charophyceae) een haploïde vegetatief stadium heeft, en de zygote de enige diploïde cel is.

Vooral bij zoetwatersoorten gaat de bevruchte eicel, of zygote, vaak over in een slapende toestand die een zygospore wordt genoemd. Zygosporen beschikken over het algemeen over een grote voorraad voedselreserves en een dikke, resistente celwand. Na een passende omgevingsstimulans, zoals een verandering van licht, temperatuur of voedingsstoffen, worden de zygosporen aangezet tot ontkieming en begint een nieuwe periode van groei.

De meeste algen kunnen dagen, weken of maanden leven. Kleine algen komen soms gedurende een korte periode van het jaar in overvloed voor en blijven de rest van het jaar slapend. Bij sommige soorten is de slapende vorm een resistente cyste, terwijl andere soorten in vegetatieve toestand blijven, maar in zeer lage populatie-aantallen. Sommige grote, aanhangende soorten zijn echte overblijvende planten. Zij kunnen het hoofdlichaam verliezen aan het eind van het groeiseizoen, maar het aanhechtingsdeel, de houvast, produceert pas nieuwe groei aan het begin van het volgende groeiseizoen.

De rode algen, zoals geïllustreerd door Polysiphonia, hebben een van de meest complexe levenscycli die bekend zijn van levende organismen. Na meiose worden vier haploïde tetraspora geproduceerd, die ontkiemen en een mannelijke of een vrouwelijke gametofyt voortbrengen. Wanneer de mannelijke gametofyt volgroeid is, produceert hij speciale spermatangiale vertakkingen die structuren dragen, spermatangia genaamd, die spermatia bevatten, de mannelijke gameten. De vrouwelijke gametofyt produceert speciale carpogoniale vertakkingen die carpogonia dragen, de vrouwelijke gameten. De bevruchting vindt plaats wanneer een mannelijk spermatium, gedragen door de waterstromen, in botsing komt met het verlengde gedeelte van een vrouwelijke carpogonium en de twee gameten versmelten. Het bevruchte carpogonium (de zygote) en het omliggende vrouwelijke gametofytweefsel ontwikkelen zich tot een mandachtige of pustelachtige structuur, carposporofyt genoemd. De carposporofyt produceert en scheidt uiteindelijk diploïde carpospora af die zich ontwikkelen tot tetrasporofyten. Bepaalde cellen van de tetrasporofyt ondergaan meiose om tetraspora te produceren, en de cyclus wordt herhaald. In de levenscyclus van Polysiphonia, en veel andere rode algen, zijn er afzonderlijke mannelijke en vrouwelijke gametofyten, carposporofyten die zich ontwikkelen op de vrouwelijke gametofyten, en afzonderlijke tetrasporofyten.

De levenscycli van diatomeeën, die diploïd zijn, zijn ook uniek. Diatomeeënwanden, of frustules, zijn samengesteld uit twee overlappende delen (de kleppen). Tijdens de celdeling vormen zich twee nieuwe kleppen in het midden van de cel en verdelen het protoplasma in twee delen. Bijgevolg zijn de nieuwe kleppen meestal iets kleiner dan de oorspronkelijke, zodat na vele opeenvolgende generaties de meeste cellen in de groeiende populatie kleiner zijn dan hun ouders. Wanneer dergelijke diatomeeën een kritisch kleine omvang bereiken, kan de geslachtelijke voortplanting worden gestimuleerd. De kleine diploïde cellen ondergaan meiose, en bij pennate (dunne, elliptische) diatomeeën versmelten de resulterende haploïde gameten tot een zygote, die vrij groot wordt en een speciaal soort cel vormt, een auxospore genaamd. De auxospore deelt zich en vormt twee grote, vegetatieve cellen, en op deze wijze wordt de grotere omvang vernieuwd. Bij centrische diatomeeën is er een duidelijke differentiatie tussen niet-beweeglijke vrouwelijke gameten, die als eicellen fungeren, en beweeglijke (meestal eencellige) mannelijke gameten.