Til hovedinnhold

Skall, skall ikke

Skall, skall ikke

Publisert 5. september 2016

Kiselalger har et skall som tilsynelatende er en ulempe. Men de har det likevel.

Innlegget Skall, skall ikke dukket først opp på Gemini.no.

Main intro image
Fra før kjenner vi ulempene kiselalgens skall medfører. Nå forstår vi litt mer av de unike fordelene, sier professor i bioteknologi ved NTNU, Olav Vadstein. Foto: Per Henning, NTNU

KISELSKALL: Du så kanskje alger i sommer, som et duvende teppe i vannet. En algetype du kanskje ikke så er kiselalgen. Her i Norge er det den mest dominerende algetypen om våren. Om sommeren forsvinner den derimot ofte, til tross for at solforhold og sjøtemperaturer er optimale for alger. Grunnen til det ligger i materialet algeskallet er laget av.

Kiselalgene har et skall av glassmateriale. Det gir dem en stor utfordring: Hvis det ikke finnes nok silisium i vannet til at de får bygd nye skall, kan de ikke formere seg ved deling. Grunnen til at de likevel har endt opp med denne type skall, fascinerer forskerne.

Kiselalger

  • Algeklasse, encellete alger med brune kloroplaster og cellevegg av kiselsyre (glass), de fleste artene mikroskopiske.
  • Kiselalger finnes i alle typer fuktige biotoper, også ved lave temperaturer som isalger i polare strøk.
  • Ca. 10.000 arter er kjent fra fuktig jord, fra fersk- og saltvann som planktonorganismer og fastsittende på andre alger, på sjøbunnen eller langs strandkanten, og fossilt f.eks. i kiselgur.
  • Kiselalgene er de viktigste primærprodusentene i våroppblomstringen i våre farvann, og danner således næringsgrunnlaget for sekundærprodusenter som pelagiske krepsdyr, som igjen er næringsgrunnlag for fisk.

Kilde: snl.no

Vanskelig tilgjengelig materiale

I motsetning til de fleste andre algetyper som finnes, omgir kiselalgen seg med et skall bestående av silisium – det samme materialet glass er laget av.

Silisiumskallet sørger for at algen holdes sammen, og at den får en beskyttelse mot omgivelsene. Derimot må to nye halve skall produseres hver gang en alge skal formere seg ved å dele seg i to, og silisium er en råvare som ikke er kontinuerlig tilgjengelig for algene.

Medaljens forside

– Måten vi har undersøkt algeskallene på, er basert på materialteknologenes metodikk. Det har lært oss helt nye ting om kiselalger som er økologisk interessant, sier professor Olav Vadstein. Foto: Per Henning, NTNU

– Måten vi har undersøkt algeskallene på, er basert på materialteknologenes metodikk. Det har lært oss helt nye ting om kiselalger som er økologisk interessant, sier professor Olav Vadstein. Foto: Per Henning, NTNU

Om våren, når vannet er fullt av silisium etter vinterens nedbrytningsprosesser, er forholdene gode for kiselalgene. Men utover sommeren blir tilgangen til silisium mindre og mindre. Til slutt finnes det ikke nok silisium i vannet til at algene kan fortsette å lage nye skall, og algene forsvinner.

– Hvorfor produserer algene skall av silisium når de kunne laget det av enkelt tilgengelig cellulose som de fleste andre algetyper? Det måtte være noen fordeler med silisiumskall, og det var dem vi ville lete etter, sier professor i bioteknologi ved NTNU, Olav Vadstein.

Mønster med stor betydning

Det finnes 10.000 arter kiselalger. Hver enkelt alge er kun 0,005 til 0,2 mm stor. Alle artene har skall av silisium, og skallet består av et lokk og en bunn.

Skallene har hull i ulike mønstre. Oppbygningen av skallet er ulik, men alle alger innen samme art har likt mønster på skallet. Det tyder på at skallproduksjonen er genetisk styrt.

Skallet fungerer som linse

Mikroskopbilde av algeskallets utside. Nanostrukturene i skallet fungerer som en linse, og gjør at algen i større grad kan utnytte sollyset i fotosyntesen. Foto: NTNU NanoLab

Mikroskopbilde av algeskallets utside. Nanostrukturene i skallet fungerer som en linse, og gjør at algen i større grad kan utnytte sollyset i fotosyntesen. Foto: NTNU NanoLab

NTNU-forskerne tok meg seg algeskall til professor Jean-Christophe Valmalette ved Universitetet i Toulon. Han har et spesialbygget mikroskop som gjør det mulig å studere hvordan lys oppfører seg når det treffer et skall. De belyste skallet fra utsiden, og målte lyset som kommer ut på den andre siden. Det tilsvarer det lyset som ville ha blitt brukt til fotosyntese inne i algen.

Den første spennende oppdagelsen forskerne gjorde var at mønstrene i skallet gjør at lyset samles: Skallet fungerer som en linse.

– Dette påvirker måten algen kan utnytte sollyset i fotosyntesen, forklarer Vadstein. Sannsynligvis gjør skallets struktur at lysstrålene i større grad treffer klorofyllmolekylene i algecellen.

Beholder lyset inne i algen

Forskerne belyste også skall-lokket fra innsiden og ut. Da oppdaget de at det nesten ikke kom lys ut gjennom skallet. Skallet gjør altså at lyset holdes inne i algen.

– Det lyset som ikke treffer et klorofyllmolekyl ved første forsøk går ikke tapt, men reflekteres på motsatt side av skallet, og sendes tilbake inn igjen i algecellen, sier Vadstein.

Riktig bølgelengde

Mikroskopbilde av innsiden av algeskallets lokk. Nanostrukturene i skallet gjør at lys som trenger gjennom skallet ikke forsvinner ut igjen, men utnyttes fullt ut. Foto: NTNU NanoLab

Mikroskopbilde av innsiden av algeskallets lokk. Nanostrukturene i skallet gjør at lys som trenger gjennom skallet ikke forsvinner ut igjen, men utnyttes fullt ut. Foto: NTNU NanoLab

Til fotosyntesen benytter ikke algecellene seg av alle delene av lysspekteret. Forskerne sendte lys med forskjellig bølgelengde gjennom skallet. Da de målte lyset som kom ut på baksiden av skallet, så de at lyset var annerledes i to spesifikke områder av lysspekteret. For disse bølgelengdene var lyset blitt forsterket.

Det siste overraskende funnet var at de av lysets bølgelengder som ble forsterket, er de samme som er optimale for algene.  Skallet er altså spesialdesignet for å optimalisere forholdene for fotosyntese. Mønsteret i skallet er av helt spesiell betydning, fordi nanostrukturene skaper spesielle optiske egenskaper når det treffes av sollys.

Alger og solceller

– Måten vi har undersøkt algeskallene på, er basert på materialteknologenes metodikk. Det har lært oss helt nye ting om kiselalger som er økologisk interessant, sier Vadstein.

Ny kunnskap om kiselalger kan også få positive konsekvenser for materialteknologisk utvikling. Alger er optimale solfangere, og NTNU-forskere studerer allerede hvordan disse egenskapene kan utnyttes i produksjon av solceller.

– I andre prosjekter har vi studert hvordan kiselalger kan brukes til å forbedre solceller. Nå vet vi enda mer om hvordan kiselalgene kan brukes til dette, sier Vadstein.

Innlegget Skall, skall ikke dukket først opp på Gemini.no.

Denne saken er hentet fra Gemini.no - Forskningsnytt fra NTNU og SINTEF

Kontakt