الدياتوم

على الرغم من أن الضوء عنصر أساسي في عملية إنتاج الدياتومات للأكسجين، إلا أن هذه الكائنات تواجه بعض الصعوبات في تحديد مصدر طاقتها. إذ تقل شدة الضوء في الماء مع ازدياد العمق، كما يختلف اختراق الضوء اختلافًا كبيرًا بين المياه الساحلية والمياه المفتوحة، وكذلك خلال تغير الفصول. وتؤدي هذه العوامل إلى انخفاض كفاءة عملية التمثيل الضوئي، على غرار عملية التمثيل الضوئي في النباتات ^{[ 62 ]} ، حيث يتباطأ التمثيل الضوئي مع انخفاض شدة الضوء. ومع ذلك، تمتلك الدياتومات مستقبلات ضوئية ، وهي بروتينات تُنشط بالضوء، تساعدها على استشعار أطوال موجية ضوئية مختلفة، مثل الضوء الأحمر والضوء الأحمر البعيد، للكشف عن الضوء في المحيط ^{[ 63 ] .}

Phaeodactylum tricornutum

Thalassiosira pseudonana

لقد ثبت أن الدياتومات تستخدم مستقبلات ضوئية تُسمى الفيتوكرومات لتحديد عمق الماء والاستجابة للإشارات الضوئية. تستطيع الفيتوكرومات استشعار الضوء الأحمر والأحمر البعيد، ومن المعروف وجودها في كل من النباتات والعوالق النباتية. ^{[ 64 ] [ 65 ]} تنتقل هذه البروتينات بين حالتين تُسميان الضوء الأحمر والضوء الأحمر البعيد، بحيث يستطيع الكائن الحي اكتشاف أي تغييرات في شدة الضوء وطيفه تحت الماء والاستجابة لها. ^{[ 66 ]} ونظرًا لأن الضوء الأحمر والأحمر البعيد يتناقص مع ازدياد عمق الماء، فقد تساءل الكثيرون عن أهمية دور الفيتوكرومات في الحياة البحرية. أظهر تحليل تسلسلات الحمض النووي البيئي المأخوذة من رحلة تارا أوشنز الاستكشافية ، ^{[ 67 ]} بالإضافة إلى بيانات الجينوم من الدياتومات المستزرعة أن الجينات المشفرة للفيتوكروم موجودة في الغالب في الدياتومات التي تعيش في المناطق المعتدلة والقطبية في خطوط العرض المتوسطة إلى العالية ^{[ 64 ]} ولكن لم يتم العثور على جينات فيتوكروم الدياتومات هذه في الدياتومات التي تعيش في المياه الاستوائية.

أظهرت التجارب المخبرية التي أُجريت على الدياتوم Phaeodactylum tricornutum كيفية تفاعل مستقبلات الضوء (الفيتوكرومات) في الدياتوم مع الضوء. ^{[ 64 ]} وقد مكّن استخدام جين بروتين فلوري أصفر، يتم التحكم فيه بواسطة مستقبلات الضوء، والمُدخل في الدياتوم، من تتبع نشاطه في محاكاة ظروف المياه العميقة. وأظهر ذلك أن الدياتومات قد طورت حساسية منخفضة للضوء الأحمر البعيد، بالإضافة إلى حساسية متزايدة للضوء الأزرق والأخضر منخفض الشدة، والذي يتواجد بكثرة في الأعماق الأكبر. ^{[ 64 ]}

أظهرت إزالة جين الفيتوكروم من الدياتوم Thalassiosira pseudonana الذي تم تنميته في محاكاة مماثلة للمياه العميقة أن الدياتوم الطافر لديه كفاءة تمثيل ضوئي أقل، بالإضافة إلى حماية ضوئية منخفضة، مقارنة بالدياتومات البرية التي تحمل جين الفيتوكروم، ^{[ 64 ]} وأنه عندما تم تعريض كل من الدياتومات الطافرة والبرية لضوء أبيض عالي، لم يكن هناك فرق في التفاعلات.

بناءً على هذه النتائج، وجد الباحثون أن مستقبلات الضوء النباتية في الدياتومات تستجيب بشكل أكبر للضوء الأزرق والأخضر ذي الشدة المنخفضة، على عكس مستقبلات الضوء النباتية التي تستجيب للضوء الأحمر والأحمر البعيد. ^{[ 68 ]} ويشيرون إلى أن مستقبلات الضوء النباتية في الدياتومات قد خضعت لتكيف تطوري للتأقلم مع المياه الهائجة في المياه المفتوحة للمناطق المعتدلة والقطبية. ولأن وظيفة هذه المستقبلات هي استشعار عمق الماء، فإنها تزود الدياتومات بمعلومات بالغة الأهمية في المناطق ذات الفصول المختلفة. وتلعب هذه المستقبلات الضوئية دورًا حاسمًا في مساعدة العوالق النباتية على التكيف مع البيئات ذات الإضاءة المحدودة، وتحديدًا بيئات المياه العميقة.

يتكاثر هذا النوع من الكائنات الحية لا جنسيًا عن طريق الانشطار الثنائي ، حيث ينقسم الدياتوم إلى جزأين، مُنتجًا دياتومين "جديدين" يحملان جينات متطابقة. يتلقى كل كائن جديد أحد غلافي الدياتوم - أحدهما أكبر والآخر أصغر - الموجودين لدى الكائن الأم، ويُسمى هذا الغلاف الآن الغلاف الخارجي (الإبيثيكا )؛ ويُستخدم لبناء غلاف خارجي ثانٍ أصغر، يُسمى الغلاف الداخلي (الهيبوثيكا) . يصبح الدياتوم الذي تلقى الغلاف الخارجي الأكبر بنفس حجم الكائن الأم، بينما يبقى الدياتوم الذي تلقى الغلاف الخارجي الأصغر أصغر من الكائن الأم. يؤدي هذا إلى انخفاض متوسط ​​حجم خلايا هذا النوع من الدياتومات. ^{[ 16 ]} ومع ذلك، لوحظ أن بعض الأنواع لديها القدرة على الانقسام دون التسبب في انخفاض حجم الخلايا. ^{[ 69 ]} ومع ذلك، لاستعادة حجم خلايا الدياتومات التي تعاني من انخفاض الحجم، يجب أن يحدث التكاثر الجنسي وتكوين الأبواغ المساعدة . ^{[ 16 ]}

الخلايا الخضرية للدياتومات ثنائية المجموعة الكروموسومية (2N)، ولذلك يمكن أن يحدث الانقسام الاختزالي ، منتجًا الأمشاج الذكرية والأنثوية التي تندمج لتكوين الزيجوت . يفقد الزيجوت غلافه السيليسي وينمو ليصبح كرة كبيرة مغطاة بغشاء عضوي، وهو الأوكسوسبور. تتشكل خلية دياتومية جديدة ذات حجم أقصى، وهي الخلية الأولية، داخل الأوكسوسبور، وبذلك تبدأ جيلًا جديدًا. قد تتشكل أيضًا أبواغ كامنة استجابةً لظروف بيئية غير مواتية، ويحدث الإنبات عند تحسن الظروف. ^{[ 38 ]}

من السمات المميزة لجميع الدياتومات جدارها الخلوي السيليسي المزدوج والمقيد، والذي يتسبب في انكماشها التدريجي أثناء الانقسام الخلوي اللاجنسي. عند بلوغ حجم الخلية حدًا حرجًا، وفي ظل ظروف معينة، يُعيد التكاثر اللاجنسي حجم الخلية ويمنع موتها . ^{[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]} لم تُوصَف دورات حياة كاملة إلا لعدد قليل من الدياتومات، ونادرًا ما رُصدت عمليات التكاثر الجنسي في البيئة. ^{[ 30 ]}

معظم حقيقيات النوى قادرة على التكاثر الجنسي الذي يتضمن الانقسام الاختزالي . ويبدو أن التكاثر الجنسي مرحلة إلزامية في دورة حياة الدياتومات، لا سيما مع انخفاض حجم الخلية مع الانقسامات الخضرية المتتالية. ^{[ 75 ]} يتضمن التكاثر الجنسي إنتاج الأمشاج واندماجها لتكوين زيجوت، حيث يُستعاد الحجم الأقصى للخلية. ^{[ 75 ]} وتُفضَّل الإشارات التي تُحفِّز المرحلة الجنسية عندما تتجمع الخلايا معًا، مما يُقلِّل المسافة بينها ويُسهِّل التلامس و/أو إدراك الإشارات الكيميائية. ^{[ 76 ]}

أدى استكشاف جينومات خمسة أنواع من الدياتومات ونسخة جينومية واحدة منها إلى تحديد 42 جينًا يُحتمل أن تكون متورطة في الانقسام الاختزالي. ^{[ 77 ]} وبالتالي، يبدو أن مجموعة أدوات الانقسام الاختزالي محفوظة في هذه الأنواع الستة من الدياتومات، ^{[ 77 ]} مما يشير إلى دور محوري للانقسام الاختزالي في الدياتومات كما هو الحال في حقيقيات النوى الأخرى.

معظم الدياتومات غير متحركة ؛ ومع ذلك، قد تحتوي الحيوانات المنوية الموجودة في بعض الأنواع على سوط ، على الرغم من أن الحركة عادةً ما تقتصر على الانزلاق. ^{[ 38 ]} في الدياتومات المركزية، تحتوي الأمشاج الذكرية الصغيرة على سوط واحد، بينما تكون الأمشاج الأنثوية كبيرة وغير متحركة ( تتكاثر بالبيض ). في المقابل، في الدياتومات الريشية، يفتقر كلا المشيجين إلى الأسواط ( متماثل الأمشاج ). ^{[ 16 ]} وقد وُثِّقت بعض الأنواع عديمة الرافة، أي الدياتومات الريشية التي لا تحتوي على رافة (درزة)، على أنها غير متماثلة الأمشاج، ولذلك تُعتبر مرحلة انتقالية بين الدياتومات المركزية والدياتومات الريشية ذات الرافة. ^{[ 69 ]}

تستطيع أنواع معينة من البكتيريا في المحيطات والبحيرات تسريع معدل ذوبان السيليكا في الدياتومات الميتة والحية باستخدام الإنزيمات المحللة لتفكيك المواد العضوية للطحالب. ^{[ 78 ] [ 79 ]}

الدياتومات مجموعة واسعة الانتشار، وتوجد في المحيطات والمياه العذبة والتربة وعلى الأسطح الرطبة. وهي من المكونات الرئيسية للعوالق النباتية في المياه الساحلية الغنية بالمغذيات وخلال ازدهار الربيع في المحيطات، نظرًا لقدرتها على الانقسام بسرعة أكبر من مجموعات العوالق النباتية الأخرى. ^{[ 81 ]} يعيش معظمها في المياه المفتوحة، بينما يعيش بعضها كأغشية سطحية عند سطح التماس بين الماء والرواسب ( قاعية )، أو حتى في ظل ظروف جوية رطبة. وتكتسب أهمية خاصة في المحيطات، حيث وجدت دراسة أجريت عام 2003 أنها تُساهم بنحو 45% من إجمالي الإنتاج الأولي للمواد العضوية في المحيطات. ^{[ 82 ]} ومع ذلك، تُشير دراسة أحدث أجريت عام 2016 إلى أن النسبة أقرب إلى 20%. ^{[ 83 ]} ويُعدّ التوزيع المكاني لأنواع العوالق النباتية البحرية محدودًا أفقيًا ورأسيًا. ^{[ 84 ] [ 38 ]}

تُظهر الدياتومات العوالقية في البيئات المائية العذبة والبحرية عادةً نمط حياة " الازدهار والانحسار " . فعندما تكون الظروف في الطبقة المختلطة العليا (المغذيات والضوء) مواتية (كما هو الحال في فصل الربيع )، فإن قدرتها التنافسية ومعدل نموها السريع ^{[ 81 ]} يمكّنانها من السيطرة على مجتمعات العوالق النباتية ("الازدهار"). ولذلك، تُصنف غالبًا على أنها كائنات انتهازية ذات استراتيجية نمو سريعة (أي تلك الكائنات التي يتحدد نظامها البيئي بمعدل نمو مرتفع ) .

تُسبب دياتومات المياه العذبة Didymosphenia geminata ، المعروفة باسم ديديمو، تدهورًا بيئيًا حادًا في المجاري المائية التي تتكاثر فيها، مُنتجةً كميات كبيرة من مادة بنية هلامية تُسمى "المخاط البني" أو "مخاط الصخور". موطن هذه الدياتومات الأصلي هو أوروبا، وهي من الأنواع الغازية في كل من نصف الكرة الجنوبي وأجزاء من أمريكا الشمالية . ^{[ 85 ] [ 86 ]} وتُسجل هذه المشكلة بشكل متكرر في أستراليا ونيوزيلندا . ^{[ 87 ]}

عندما تصبح الظروف غير مواتية، عادةً عند نضوب المغذيات، تزداد سرعة غرق خلايا الدياتومات وتخرج من الطبقة المختلطة العليا ("الانهيار"). يحدث هذا الغرق إما بسبب فقدان التحكم في الطفو، أو تخليق مادة مخاطية تربط خلايا الدياتومات ببعضها، أو إنتاج أبواغ ثقيلة كامنة . يُبعد غرق الدياتومات من الطبقة المختلطة العليا الدياتومات عن الظروف غير المواتية لنموها، بما في ذلك تجمعات الكائنات الرعوية وارتفاع درجات الحرارة (التي من شأنها أن تزيد من استقلاب الخلايا ). يمكن للخلايا التي تصل إلى المياه العميقة أو قاع البحر الضحل أن تستريح حتى تصبح الظروف أكثر ملاءمة مرة أخرى. في المحيط المفتوح، تُفقد العديد من الخلايا الغارقة في الأعماق، لكن يمكن لتجمعات الملجأ أن تستمر بالقرب من الطبقة الحرارية .

في نهاية المطاف، تعود خلايا الدياتومات في هذه التجمعات الساكنة إلى الطبقة المختلطة العليا عندما يجذبها الاختلاط الرأسي. وفي معظم الحالات، يُجدد هذا الاختلاط أيضًا العناصر الغذائية في الطبقة المختلطة العليا، مما يهيئ الظروف لجولة أخرى من ازدهار الدياتومات. في المحيط المفتوح (بعيدًا عن مناطق الصعود المستمر للمياه ^{[ 88 ]} )، تحدث دورة الازدهار والانحسار ثم العودة إلى ظروف ما قبل الازدهار عادةً على مدار عام، حيث تسود الدياتومات فقط خلال فصلي الربيع وأوائل الصيف. ومع ذلك، في بعض المواقع، قد يحدث ازدهار خريفي، نتيجةً لانهيار التطبق الصيفي ودخول العناصر الغذائية بينما لا تزال مستويات الضوء كافية للنمو. ونظرًا لزيادة الاختلاط الرأسي وانخفاض مستويات الضوء مع اقتراب فصل الشتاء، فإن هذه الازدهارات تكون أصغر حجمًا وأقصر عمرًا من نظيراتها الربيعية.

في المحيط المفتوح، ينتهي ازدهار الدياتومات (الربيعي) عادةً بنقص السيليكون. وعلى عكس المعادن الأخرى، فإن حاجة الدياتومات للسيليكون فريدة من نوعها، ولا يتم تجديده في النظام البيئي للعوالق بكفاءة تجديد عناصر غذائية أخرى، مثل النيتروجين أو الفوسفور . ويتضح ذلك في خرائط تركيزات العناصر الغذائية السطحية، فمع انخفاض تركيز العناصر الغذائية على طول التدرجات، يكون السيليكون عادةً أول ما ينفد (يليه النيتروجين ثم الفوسفور).

بسبب دورة الازدهار والانحسار هذه، يُعتقد أن الدياتومات تلعب دورًا بالغ الأهمية في تصدير الكربون من المياه السطحية للمحيطات ^{[ 88 ] [ 89 ]} (انظر أيضًا المضخة البيولوجية ). ومن الجدير بالذكر أنها تلعب أيضًا دورًا رئيسيًا في تنظيم الدورة البيوجيوكيميائية للسيليكون في المحيطات الحديثة. ^{[ 82 ] [ 90 ]}

تُعدّ الدياتومات كائنات ناجحة بيئيًا، وتتواجد في كل بيئة تقريبًا تحتوي على الماء، ليس فقط في المحيطات والبحار والبحيرات والجداول، بل أيضًا في التربة والأراضي الرطبة. ويعتقد العديد من الباحثين أن استخدام الدياتومات للسيليكون هو سرّ هذا النجاح البيئي. وقد لاحظ رافين (1983) ^{[ 91 ]} أن هياكل السيليكا، مقارنةً بجدران الخلايا العضوية ، تتطلب طاقة أقل للتصنيع (حوالي 8% من جدار عضوي مماثل)، مما قد يُوفّر كمية كبيرة من الطاقة الكلية للخلية. وفي دراسة كلاسيكية، وجد إيغي وأكسنيس (1992) ^{[ 80 ]} أن هيمنة الدياتومات على مجتمعات البيئات التجريبية المصغرة ترتبط ارتباطًا مباشرًا بتوافر حمض السيليسيك؛ فعندما كانت التركيزات أعلى من 2 ميكرومول ^/ م³ ، وجدوا أن الدياتومات تُمثّل عادةً أكثر من 70% من مجتمع العوالق النباتية. اقترح باحثون آخرون ^{[ 92 ]} أن السيليكا الحيوية الموجودة في جدران خلايا الدياتومات تعمل كعامل فعال لتنظيم درجة الحموضة ، مما يسهل تحويل البيكربونات إلى ثاني أكسيد الكربون المذاب ₍ الذي يُمتص بسهولة أكبر). وبشكل عام، سواء كان ذلك بسبب هذه المزايا المحتملة التي يوفرها استخدام السيليكون أم لا، فإن الدياتومات عادةً ما تتمتع بمعدلات نمو أعلى من الطحالب الأخرى ذات الحجم المماثل. ^{[ 81 ]}

يمكن الحصول على الدياتومات من مصادر متعددة. ^{[ 93 ]} يمكن جمع الدياتومات البحرية عن طريق أخذ عينات مباشرة من الماء، ويمكن الحصول على الأنواع القاعية عن طريق كشط البرنقيل والمحار والأصداف الأخرى. غالبًا ما توجد الدياتومات على شكل طبقة بنية لزجة على الأحجار والعصي المغمورة، ويمكن رؤيتها وهي تتحرك مع تيار النهر. عادةً ما يحتوي الطين السطحي للبرك أو الخنادق أو البحيرات على بعض الدياتومات. غالبًا ما توجد الدياتومات الحية ملتصقة بأعداد كبيرة بالطحالب الخيطية، أو تشكل كتلًا هلامية على مختلف النباتات المغمورة. غالبًا ما تكون دياتومات كلادوفورا مغطاة بنوع كوكونيس ، وهو دياتوم بيضاوي الشكل؛ وغالبًا ما تكون دياتومات فوشيريا مغطاة بأشكال صغيرة. نظرًا لأن الدياتومات تشكل جزءًا مهمًا من غذاء الرخويات والحيوانات الكيسية والأسماك ، فإن القنوات الهضمية لهذه الحيوانات غالبًا ما تحتوي على أنواع يصعب الحصول عليها بطرق أخرى. يمكن تحفيز ظهور الدياتومات عن طريق ملء وعاء بالماء والطين، ولفّه بورق أسود، وترك ضوء الشمس المباشر يسقط على سطح الماء. في غضون يوم، ستطفو الدياتومات على السطح على شكل رغوة، ويمكن عزلها. ^{[ 93 ]}

يُظهر الرسم البياني التدفقات الرئيسية للسيليكون في المحيط الحالي. يأتي معظم السيليكا الحيوي في المحيط (السيليكا الناتجة عن النشاط البيولوجي) من الدياتومات. تستخلص الدياتومات حمض السيليسيك المذاب من المياه السطحية أثناء نموها ، وتعيده إلى عمود الماء عند موتها. تصل مدخلات السيليكون من الأعلى عبر الغبار المحمول بالرياح ، ومن السواحل عبر الأنهار، ومن الأسفل عبر إعادة تدوير رواسب قاع البحر ، والتجوية، والنشاط الحراري المائي . ^{[ 90 ]}

على الرغم من أن الدياتومات ربما وُجدت منذ العصر الترياسي ، إلا أن صعودها وسيطرتها على دورة السيليكون حدثا مؤخرًا. قبل حقبة الحياة الظاهرة (قبل 544 مليون سنة)، يُعتقد أن العمليات الميكروبية أو غير العضوية كانت تُنظم دورة السيليكون في المحيط بشكل ضعيف. ^{[ 94 ] [ 95 ] [ 96 ]} لاحقًا، يبدو أن الدورة أصبحت مهيمنة (وأكثر تنظيمًا) بواسطة الشعاعيات والإسفنج السيليسي ، حيث تعمل الأولى كعوالق حيوانية ، بينما تعمل الثانية ككائنات مستقرة تتغذى بالترشيح، وتتواجد بشكل أساسي على الجروف القارية . ^{[ 97 ]} خلال المئة مليون سنة الماضية، يُعتقد أن دورة السيليكون أصبحت تحت سيطرة أكثر صرامة، وأن هذا نابع من الصعود البيئي للدياتومات.

مع ذلك، لا يزال التوقيت الدقيق لـ"الاستحواذ" غير واضح، وتتباين تفسيرات الباحثين لسجل الأحافير. تشير بعض الأدلة، مثل إزاحة الإسفنج السيليسي من الأرفف القارية، ^{[ 98 ]} إلى أن هذا الاستحواذ بدأ في العصر الطباشيري (من 146 مليون سنة إلى 66 مليون سنة)، بينما تشير الأدلة المستقاة من الشعاعيات إلى أن "الاستحواذ" لم يبدأ إلا في العصر السينوزوي (من 66 مليون سنة إلى الوقت الحاضر). ^{[ 99 ]}

• 
  دورة الكربون في المحيط وآليات تركيز ثاني أكسيد الكربون في الدياتومات ^{[ 100 ]}

يوضح الرسم التخطيطي بعض الآليات التي تُسهم بها الدياتومات البحرية في المضخة البيولوجية للكربون وتؤثر على دورة الكربون في المحيط . يبلغ انبعاث _ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الأنشطة البشرية إلى الغلاف الجوي (والذي ينتج أساسًا عن حرق الوقود الأحفوري وإزالة الغابات) حوالي 11 جيجا طن من الكربون سنويًا، يمتص منها سطح المحيط حوالي 2.5 جيجا طن. في مياه البحر السطحية ( درجة الحموضة 8.1-8.4)، تُشكل أيونات البيكربونات ( HCO₃⁻ ) وأيونات _{الكربونات} ( ^CO₃²⁻ ₎ ما يقرب من 90% وأقل من 10% من ^{الكربون} غير العضوي المذاب (DIC) على التوالي، بينما يُساهم _ثاني أكسيد الكربون المذاب (CO₂ _المائي ) بأقل من 1%. على الرغم من هذا المستوى المنخفض من ثاني أكسيد الكربون _في المحيط وبطء معدل انتشاره في الماء، تُثبت الدياتومات ما بين 10 و20 جيجا طن من الكربون سنويًا عبر عملية التمثيل الضوئي بفضل آليات تركيز ثاني أكسيد الكربون لديها ، مما يسمح لها بدعم السلاسل الغذائية البحرية . بالإضافة إلى ذلك، يغوص ما بين 0.1% و1% من هذه المواد العضوية المُنتجة في الطبقة الضوئية على شكل جزيئات، ناقلاً بذلك الكربون السطحي نحو أعماق المحيط، ومُساهماً في عزل _ثاني أكسيد الكربون الجوي لآلاف السنين أو أكثر. أما المادة العضوية المتبقية فتُعاد تمعدنها من خلال عملية التنفس. لذا، تُعدّ الدياتومات أحد العناصر الرئيسية في هذه المضخة البيولوجية للكربون، والتي يُمكن القول إنها أهم آلية بيولوجية في نظام الأرض، إذ تسمح بإزالة _{ثاني أكسيد الكربون من} دورة الكربون لفترات طويلة جدًا. ^{[ 101 ] [ 100 ]}

• 
  دورة اليوريا الميتوكوندرية في خلية دياتوم عامة والمصائر المحتملة لوسائط دورة اليوريا ^{[ 102 ]}

من خصائص الدياتومات دورة اليوريا ، وهي خاصية مشتركة مع الحيوانات. في عام ٢٠١١، أثبت ألين وزملاؤه أن الدياتومات تمتلك دورة يوريا فعّالة. كانت هذه النتيجة مهمة، إذ كان يُعتقد سابقًا أن دورة اليوريا نشأت مع الحيوانات متعددة الخلايا ، التي ظهرت قبل الدياتومات بمئات الملايين من السنين. أظهرت دراستهم أنه على الرغم من أن الدياتومات والحيوانات تستخدم دورة اليوريا لأغراض مختلفة، إلا أنها تشترك في هذه الخاصية التي تفتقر إليها الكائنات الحية الأقرب إليها، مثل النباتات. ^{[ ١٠٣ ]}

^{على الرغم من إغفال دور} الميتوكوندريا غالبًا في الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، ^إلا أنها تلعب أدوارًا حاسمة في توازن الطاقة. يُعد مساران مرتبطان بالنيتروجين مهمين، وقد يتغيران أيضًا عند _{التغذية} بالأمونيوم ( NH₄⁺ ) مقارنةً بالتغذية بالنترات ( _NO₃⁻ ). أولًا، توجد دورة اليوريا في الدياتومات، وربما في بعض الطحالب الأخرى. ^{[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]} تتمثل الوظيفة المعروفة لدورة اليوريا في الحيوانات في إخراج النيتروجين الزائد الناتج عن هدم الأحماض الأمينية ؛ ومثل التنفس الضوئي ، اعتُبرت دورة اليوريا لفترة طويلة مسارًا للتخلص من النفايات. مع ذلك، يبدو أن دورة اليوريا في الدياتومات تلعب دورًا في تبادل المغذيات بين الميتوكوندريا والسيتوبلازم ، وربما البلاستيدات ^{[ 107 ]} ، وقد تُساعد في تنظيم استقلاب الأمونيوم. ^{[ 104 ] [ 105 ]} وبسبب هذه الدورة، اكتسبت الدياتومات البحرية، على عكس الطحالب الخضراء ، ناقلًا لليوريا في الميتوكوندريا ، وفي الواقع، استنادًا إلى المعلوماتية الحيوية ، تم افتراض دورة GS-GOGAT كاملة في الميتوكوندريا . ^{[ 105 ] [ 102 ]}

تُعدّ الدياتومات كائنات ضوئية التغذية في الغالب؛ إلا أن بعضها كائنات غيرية التغذية إجبارية ، ويمكنها العيش في غياب الضوء شريطة توفر مصدر مناسب للكربون العضوي. ^{[ 108 ] [ 109 ]}

تستطيع الدياتومات الضوئية التي تجد نفسها في بيئة خالية من الأكسجين و/أو ضوء الشمس أن تتحول إلى التنفس اللاهوائي المعروف باسم تنفس النترات (DNRA)، وتبقى في حالة سكون لعدة أشهر وعقود. ^{[ 110 ] [ 111 ]}

الأصباغ الرئيسية للدياتومات هي الكلوروفيل أ و ج، وبيتا كاروتين ، وفوكوكسانثين ، ودياتوكسانثين، وديادينوكسانثين. ^{[ 16 ]}

يُعتقد أن هناك ما يُقدّر بنحو 20,000 نوع من الدياتومات الحية ، سُمّي منها حوالي 12,000 نوع حتى الآن وفقًا لغويري، 2012 ^{[ 112 ]} (وتُقدّم مصادر أخرى نطاقًا أوسع من التقديرات ^{[ 16 ] [ 113 ] [ 114 ] [ 115 ]} ). وتم وصف ما بين 1,000 و1,300 جنس من الدياتومات، الحية منها والمتحجرة ^{[ 116 ] [ 117 ]} ، منها ما بين 250 و300 جنس موجودة فقط كأحافير ^{[ 118 ] .}

لسنوات عديدة، كانت الدياتومات - التي تُعامل إما كفئة (Bacillariophyceae) أو كشعبة (Bacillariophyta) - تُقسم إلى رتبتين فقط، تُقابلان الدياتومات المركزية والدياتومات الريشية ( Centrales و Pennales ). أُجريت مراجعة شاملة لهذا التصنيف من قِبل راوند وكروفورد ومان في عام 1990، حيث رفعوا تصنيف الدياتومات إلى رتبة أعلى (قسم، يُقابل الشعبة في التصنيف الحيواني)، ورفعوا وحدات التصنيف الرئيسية إلى فئات، مع الإبقاء على الدياتومات المركزية كفئة واحدة هي Coscinodiscophyceae ، ولكنهم قسموا الدياتومات الريشية السابقة إلى فئتين منفصلتين، هما Fragilariophyceae وBacillariophyceae (مع الإبقاء على الاسم الأقدم للأخير ولكن بتعريف مُعدّل)، ليشمل هذان التصنيفان معًا 45 رتبة، معظمها جديد.

اعتبارًا من عام 2020، بات من المسلّم به أن نظام Round et al. لعام 1990 بحاجة إلى مراجعة في ضوء الدراسات الجزيئية الحديثة، إلا أن النظام الأمثل لاستبداله لا يزال غير واضح. وتعتمد الأنظمة الحالية واسعة الانتشار، مثل AlgaeBase ، والسجل العالمي للأنواع البحرية ، وقاعدة بيانات DiatomBase التابعة له ، ونظام "جميع أشكال الحياة" المذكور في Ruggiero et al. (2015)، على تصنيف Round et al. كأساس لها، مع اختلاف في تصنيف الدياتومات ككل، حيث تُعامل كفئة مستقلة بدلًا من شعبة، مع اختزال فئات Round et al. إلى فئات فرعية، وذلك لتحقيق توافق أفضل مع تصنيف المجموعات المتجاورة من الناحية التطورية والأنواع التي تحتويها. (للاطلاع على المراجع، يُرجى مراجعة الأقسام الفردية أدناه).

يقترح أحد المقترحات، الذي قدمته ليندا ميدلين وزملاؤها بدءًا من عام 2004، فصل بعض الدياتومات المركزية، الأكثر ارتباطًا بالدياتومات الريشية، في فئة جديدة تُسمى Mediophyceae، والتي بدورها أقرب إلى الدياتومات الريشية من باقي الدياتومات المركزية. وقد قُبلت هذه الفرضية - التي سُميت لاحقًا بفرضية Coscinodiscophyceae-Mediophyceae-Bacillariophyceae، أو فرضية Coscinodiscophyceae+(Mediophyceae+Bacillariophyceae) (CMB) - من قِبل دي جي مان وآخرين، الذين استخدموها كأساس لتصنيف الدياتومات كما هو مُبين في كتاب Adl. سلسلة الدراسات التركيبية التي أجراها ميدلين وآخرون (2005، 2012، 2019)، وكذلك في فصل الباسيلاريوفايتا من دليل الطلائعيات لعام 2017 الذي حرره أرشيبالد وآخرون، مع بعض التعديلات التي تعكس عدم أحادية الأصل الواضحة لتصنيف "كوسينوديسكوفيسيا" الأصلي لميدلين وآخرون. في الوقت نفسه، يؤيد فريق بقيادة إي سي ثيريوت فرضية مختلفة للتطور السلالي، والتي تُسمى فرضية التدرج البنيوي (SGH)، ولا تعترف بالميدوفيسيا كمجموعة أحادية الأصل. ويخلص تحليل آخر، أجراه باركس وآخرون عام 2018، إلى أن الدياتومات ذات المركز الشعاعي (كوسينوديسكوفيسيا لميدلين وآخرون) ليست أحادية الأصل، ولكنه يدعم أحادية أصل ميديوفيسيا باستثناء أتيا ، وهو جنس شاذ. يستمر النقاش بين مختلف الأطراف المعنية حول المزايا النسبية لهذه المخططات المتضاربة. ^{[ 119 ] [ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]}

يبدو أن بلاستيدات الطحالب غير المتجانسة مشتقة من بلاستيدات الطحالب الحمراء ، وليس مباشرةً من بدائيات النوى كما هو الحال في النباتات . يشير هذا إلى أن أصلها أحدث من العديد من الطحالب الأخرى. مع ذلك، فإن الأدلة الأحفورية شحيحة، ولم تظهر الطحالب غير المتجانسة بشكلٍ واضح في السجل الأحفوري إلا مع تطور الدياتومات نفسها.

يعود تاريخ أقدم أحافير الدياتومات المعروفة إلى العصر الجوراسي المبكر (منذ حوالي 185 مليون سنة )، ^{[ 123 ]} على الرغم من أن الساعة الجزيئية ^{[ 123 ]} والأدلة الرسوبية ^{[ 124 ]} تشير إلى أصل أقدم. وقد اقتُرح أن أصلها قد يكون مرتبطًا بانقراض نهاية العصر البرمي (منذ حوالي 250 مليون سنة)، والذي أعقبه ظهور العديد من البيئات البحرية. ^{[ 125 ]} قد تشير الفجوة الزمنية بين هذا الحدث ووقت ظهور أحافير الدياتومات لأول مرة إلى فترة كانت فيها الدياتومات غير متسيليكية وكان تطورها خفيًا . ^{[ 126 ]} منذ ظهور التسيليك، تركت الدياتومات بصمةً واضحةً في السجل الأحفوري، حيث عُثر على رواسب أحفورية رئيسية تعود إلى العصر الطباشيري المبكر ، وتتكون بعض الصخور، مثل التربة الدياتومية ، منها بالكامل تقريبًا.

يُعتقد أن توسع المناطق الأحيائية العشبية والتطور الإشعاعي للأعشاب خلال العصر الميوسيني قد زاد من تدفق السيليكون الذائب إلى المحيطات، وقد طُرحت فرضية مفادها أن هذا قد عزز نمو الدياتومات خلال حقبة الحياة الحديثة. ^{[ 127 ] [ 128 ]} تشير دراسات حديثة إلى أن نجاح الدياتومات منفصل عن تطور الأعشاب، على الرغم من أن تنوع كل من الدياتومات والأراضي العشبية قد ازداد بشكل ملحوظ منذ منتصف العصر الميوسيني. ^{[ 129 ]}

كان تنوع الدياتومات خلال حقبة الحياة الحديثة شديد الحساسية لدرجة الحرارة العالمية، ولا سيما لتدرج درجة الحرارة بين خط الاستواء والقطب. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن المحيطات الأكثر دفئًا، وخاصة المناطق القطبية الأكثر دفئًا، تتميز بتنوع أقل بكثير من الدياتومات. وبالتالي، فإن ارتفاع درجة حرارة المحيطات في المستقبل مع ازدياد الاحترار القطبي، كما هو متوقع في سيناريوهات الاحتباس الحراري العالمي ^{[ 130 ]} ، قد يؤدي نظريًا إلى فقدان كبير في تنوع الدياتومات، على الرغم من أنه من المستحيل، وفقًا للمعرفة الحالية، تحديد ما إذا كان هذا سيحدث بسرعة أم على مدى عشرات الآلاف من السنين فقط. ^{[ 129 ]}

تم توثيق السجل الأحفوري للدياتومات إلى حد كبير من خلال استخراج هياكلها السيليسية من الرواسب البحرية وغير البحرية. ورغم وجود سجل طبقي بحري وغير بحري للدياتومات، فإن علم الطبقات الحيوية للدياتومات ، الذي يعتمد على نشأة وانقراض أنواع فريدة ضمن إطار زمني محدد، لا يزال متطورًا بشكل جيد وقابلًا للتطبيق على نطاق واسع في النظم البيئية البحرية فقط. وقد تم توثيق مدة بقاء أنواع الدياتومات من خلال دراسة عينات اللب المحيطي والتتابعات الصخرية المكشوفة على اليابسة. ^{[ 131 ]} وعندما تكون المناطق الحيوية للدياتومات راسخة ومعايرة وفقًا للمقياس الزمني للقطبية المغناطيسية الأرضية (مثل المحيط الجنوبي ، وشمال المحيط الهادئ ، وشرق المحيط الهادئ الاستوائي )، يمكن تحديد تقديرات العمر المستندة إلى الدياتومات بدقة تصل إلى أقل من 100,000 سنة، على الرغم من أن الدقة العمرية النموذجية لتجمعات الدياتومات في حقبة الحياة الحديثة تبلغ عدة مئات الآلاف من السنين.

تُستخدم الدياتومات المحفوظة في رواسب البحيرات على نطاق واسع لإعادة بناء البيئة القديمة لمناخ العصر الرباعي ، وخاصة بالنسبة للبحيرات ذات الأحواض المغلقة التي تشهد تقلبات في عمق المياه والملوحة.

عندما تموت الدياتومات، تستقر أصدافها ( الفرستولات ) في قاع البحر وتتحول إلى أحافير دقيقة . وبمرور الزمن، تُدفن هذه الأحافير الدقيقة على شكل رواسب أوبال في الرواسب البحرية . علم المناخ القديم هو دراسة المناخات الماضية. تُستخدم البيانات غير المباشرة لربط العناصر التي جُمعت في عينات رسوبية حديثة بالظروف المناخية والمحيطية في الماضي. تشير المؤشرات المناخية القديمة إلى علامات فيزيائية محفوظة أو متحجرة تُستخدم كبدائل للقياسات المناخية أو المحيطية المباشرة. ^{[ 132 ]} ومن أمثلة هذه المؤشرات استخدام سجلات نظائر الدياتومات δ13C و δ18O و δ30Si (δ13C _{في الدياتومات} ، وδ18O _{في الدياتومات} ، وδ30Si _{في الدياتومات} ). في عام 2015، استخدم سوان وسنيلينج سجلات النظائر هذه لتوثيق التغيرات التاريخية في ظروف المنطقة الضوئية في شمال غرب المحيط الهادئ ، بما في ذلك إمدادات المغذيات وكفاءة المضخة البيولوجية للأنسجة الرخوة ، من العصر الحديث وصولاً إلى المرحلة النظيرية البحرية 5e ، والتي تتزامن مع آخر فترة بين جليدية . ترتبط ذروة إنتاج الأوبال في المرحلة النظيرية البحرية بانهيار التطبق الملحي الإقليمي وزيادة إمدادات المغذيات إلى المنطقة الضوئية . ^{[ 133 ]}

يُعزى التطور الأولي لطبقة المياه المتجمدة (الهالوكلاين) وعمود الماء الطبقي إلى بداية التجلد الرئيسي في نصف الكرة الشمالي قبل 2.73 مليون سنة، مما زاد من تدفق المياه العذبة إلى المنطقة، عبر زيادة هطول الأمطار الموسمية و/أو ذوبان الجليد، وارتفاع درجات حرارة سطح البحر . ^{[ 134 ] [ 135 ] [ 136 ] [ 137 ]} وقد يكون انخفاض صعود المياه من الأعماق السحيقة، المرتبط بذلك، قد ساهم في ترسيخ ظروف أكثر برودة على مستوى العالم وتوسع الأنهار الجليدية عبر نصف الكرة الشمالي منذ 2.73 مليون سنة. ^{[ 135 ]} في حين يبدو أن طبقة المياه المتجمدة قد سادت خلال دورات العصر الجليدي- الدافئ في أواخر العصر البليوسيني وأوائل العصر الرباعي ، ^{[ 138 ]} فقد أظهرت دراسات أخرى أن حدود الطبقات ربما تكون قد انهارت في أواخر العصر الرباعي عند نهايات العصور الجليدية وخلال الجزء الأول من الفترات الدافئة بين العصور الجليدية. ^{[ 139 ] [ 140 ] [ 141 ] [ 142 ] [ 143 ] [ 133 ]}

يُعدّ سجل الدياتومات في العصر الطباشيري محدودًا، لكن الدراسات الحديثة تكشف عن تنوّع تدريجي لأنواع الدياتومات. ويبدو أن حدث انقراض العصر الطباشيري-الباليوجيني ، الذي أثّر بشكلٍ كبير على الكائنات ذات الهياكل الكلسية في المحيطات، لم يكن له تأثير يُذكر على تطوّر الدياتومات. ^{[ 144 ]}

على الرغم من عدم رصد أي انقراضات جماعية للدياتومات البحرية خلال حقبة الحياة الحديثة ، فقد شهدت تجمعات أنواع الدياتومات البحرية فترات من التغير التطوري السريع نسبيًا قرب الحد الفاصل بين العصرين الباليوسيني والإيوسيني ، ^{[ 145 ]} وعند الحد الفاصل بين العصرين الإيوسيني والأوليغوسيني . ^{[ 146 ]} وحدثت تغيرات أخرى في التجمعات في أوقات مختلفة بين منتصف العصر الميوسيني وأواخر العصر البليوسيني ، [ ^{147 ] استجابةً} للتبريد التدريجي للمناطق القطبية وتطور تجمعات دياتومات أكثر توطنًا.

لوحظ اتجاه عالمي نحو هياكل دياتومية أكثر دقةً خلال الفترة الممتدة من العصر الأوليغوسيني إلى العصر الرباعي . ^{[ 131 ]} ويتزامن هذا مع ازدياد قوة دوران المياه السطحية والعميقة في المحيطات، نتيجةً لتزايد التدرجات الحرارية العرضية مع بداية التوسع الكبير للغطاء الجليدي في القارة القطبية الجنوبية ، والتبريد التدريجي خلال العصرين النيوجيني والرباعي وصولاً إلى عالم ثنائي القطب مغطى بالجليد. وقد أدى ذلك إلى انخفاض كمية السيليكا التي تمتصها الدياتومات لتكوين هياكلها. ويساهم ازدياد اختلاط مياه المحيطات في تجديد السيليكا والمغذيات الأخرى اللازمة لنمو الدياتومات في المياه السطحية، لا سيما في مناطق التيارات الصاعدة الساحلية والمحيطية .

في عام 2002، تم وصف أولى المعلومات حول خصائص مجموعة جينات Phaeodactylum tricornutum باستخدام 1000 علامة تسلسل معبرة (ESTs). ^{[ 148 ]} لاحقًا، تم توسيع عدد علامات التسلسل المعبرة إلى 12000، وتم إنشاء قاعدة بيانات علامات التسلسل المعبرة للدياتومات لإجراء التحليلات الوظيفية. ^{[ 149 ]} استُخدمت هذه التسلسلات لإجراء تحليل مقارن بين P. tricornutum والبروتينات الكاملة المفترضة من الطحلب الأخضر Chlamydomonas reinhardtii ، والطحلب الأحمر Cyanidioschyzon merolae ، والدياتوم Thalassiosira pseudonana . ^{[ 150 ]} تتكون قاعدة بيانات EST للدياتومات الآن من أكثر من 200,000 تسلسل EST من خلايا P. tricornutum (16 مكتبة) و T. pseudonana (7 مكتبات) التي نمت في مجموعة من الظروف المختلفة، ويتوافق العديد منها مع ضغوط لا حيوية مختلفة. ^{[ 151 ]}

في عام 2004، تم تحديد التسلسل الجيني الكامل للدياتوم المركزي Thalassiosira pseudonana (32.4 ميجابايت)، ^{[ 152 ]} وتلاه في عام 2008 تحديد التسلسل الجيني للدياتوم الريشي Phaeodactylum tricornutum (27.4 ميجابايت). ^{[ 153 ]} تُظهر المقارنة بين النوعين أن جينوم P. ​​tricornutum يحتوي على عدد أقل من الجينات (10402 مقابل 11776) مقارنةً بـ T. pseudonana ؛ ولم يُرصد أي تماثل جيني كبير بين الجينومين. تُظهر جينات T. pseudonana متوسطًا يبلغ حوالي 1.52 إنترون لكل جين، مقابل 0.79 في P. tricornutum ، مما يشير إلى زيادة حديثة واسعة النطاق في عدد الإنترونات في الدياتوم المركزي. ^{[ 153 ] [ 154 ]} على الرغم من التباعد التطوري الحديث نسبيًا (90 مليون سنة)، فإن مدى التباين الجزيئي بين الدياتومات المركزية والريشية يشير إلى معدلات تطور سريعة داخل شعبة الدياتومات مقارنةً بمجموعات حقيقيات النوى الأخرى . ^{[ 153 ]} كما أثبتت الدراسات الجينومية المقارنة أن فئة محددة من العناصر القابلة للنقل ، وهي عناصر النقل العكسي الشبيهة بـ Copia في الدياتومات (CoDis)، قد تضخمت بشكل ملحوظ في جينوم P. ​​tricornutum مقارنةً بـ T. pseudonana ، حيث شكلت 5.8% و1% من الجينومات على التوالي. ^{[ 155 ]} على الرغم من هذه التطورات الجينومية، لا يزال دمج الأساليب الجزيئية في أبحاث الدياتومات منخفضًا نسبيًا مقارنةً بمجموعات حقيقيات النوى الأخرى . ^{[ 156 ]}

قدّم علم جينوم الدياتومات معلومات قيّمة حول مدى وديناميكية عملية نقل الجينات التكافلية الداخلية (EGT). وأظهرت مقارنة بروتينات T. pseudonana مع نظائرها في كائنات حية أخرى أن المئات منها لها أقرب نظائر لها في سلالة النباتات. ويمكن توضيح نقل الجينات التكافلية الداخلية باتجاه جينومات الدياتومات من خلال حقيقة أن جينوم T. pseudonana يُشفّر ستة بروتينات ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالجينات التي يُشفّرها جينوم النيوكليومورف الخاص بـ Guillardia theta ( كريبتوموناد ) . كما وُجدت أربعة من هذه الجينات في جينومات البلاستيدات للطحالب الحمراء، مما يُثبت حدوث نقل جينات تكافلية داخلية متتابع من بلاستيدات الطحالب الحمراء إلى نواة الطحالب الحمراء (النيوكليومورف) ثم إلى نواة العائل غير المتجانس. ^{[ 152 ]} قدمت تحليلات جينومية حديثة لبروتينات الدياتومات أدلة على وجود كائن متعايش داخلي شبيه بالبراسينوفيت في السلف المشترك للكرومالفولات، مدعومة بحقيقة أن 70% من جينات الدياتومات ذات الأصل النباتي تنتمي إلى السلالة الخضراء، وأن هذه الجينات موجودة أيضًا في جينوم أنواع أخرى من السترامينوبيلات . لذلك، اقتُرح أن الكرومالفولات هي نتاج تكافل داخلي ثانوي متسلسل ، أولًا مع طحلب أخضر ، ثم مع طحلب أحمر حافظ على البصمات الجينومية للأول ولكنه أزاح البلاستيدة الخضراء. ^{[ 157 ]} مع ذلك، من المرجح أن تستفيد التحليلات الجينومية لبروتينات الدياتومات والتاريخ التطوري للكرومالفولات من بيانات جينومية تكميلية من سلالات لم يتم تسلسلها بشكل كافٍ، مثل الطحالب الحمراء.

إضافةً إلى النقل الجيني الخارجي (EGT)، يمكن أن يحدث النقل الجيني الأفقي (HGT) بشكل مستقل عن حدث التكافل الداخلي. وقد أفاد نشر جينوم P. ​​tricornutum أن 587 جينًا على الأقل من جينات P. tricornutum تبدو وثيقة الصلة بالجينات البكتيرية، وهو ما يمثل أكثر من 5% من بروتيوم P. ​​tricornutum . ويوجد حوالي نصف هذه الجينات أيضًا في جينوم T. pseudonana ، مما يدل على اندماجها القديم في سلالة الدياتومات. ^{[ 153 ]}

لفهم الآليات البيولوجية التي تُفسر الأهمية الكبيرة للدياتومات في الدورات الجيوكيميائية، استخدم العلماء نوعي Phaeodactylum tricornutum و Thalassiosira spp. ككائنات نموذجية منذ التسعينيات. ^{[ 158 ]} لا تتوفر حاليًا سوى أدوات قليلة في البيولوجيا الجزيئية لإنتاج الطفرات أو السلالات المعدلة وراثيًا  : تُدخل البلازميدات الحاملة للجينات المعدلة إلى الخلايا باستخدام طريقة القذف البيولوجي ^{[ 159 ]} أو الاقتران البكتيري بين الممالك ^{[ 160 ]} (بمردود 10⁻⁶ ^و10⁻⁴ على التوالي ^{[ 159 ] [ 160 ]} )، وقد أُبلغ عن أن طرق النقل الجيني التقليدية الأخرى، مثل التثقيب الكهربائي أو استخدام البولي إيثيلين جلايكول (PEG) ^، تُعطي نتائج بكفاءة أقل. ^{[ 160 ]}

يمكن دمج البلازميدات المحولة عشوائيًا في كروموسومات الدياتوم أو الحفاظ عليها كجسيمات حلقية مستقرة (بفضل تسلسل السنترومير CEN6-ARSH4-HIS3 في الخميرة ^{[ 160 ]} ). يُستخدم جين مقاومة الفليوميسين/ الزيوسين ShBle عادةً كعلامة اختيار، ^{[ 158 ] [ 161 ]} وقد تم إدخال العديد من الجينات المحولة بنجاح والتعبير عنها في الدياتومات مع انتقال مستقر عبر الأجيال، ^{[ 160 ] [ 161 ]} أو مع إمكانية إزالتها. ^{[ 161 ]}

علاوة على ذلك، تسمح هذه الأنظمة الآن باستخدام أداة تحرير الجينوم CRISPR-Cas ، مما يؤدي إلى إنتاج سريع للطفرات الوظيفية ^{[ 161 ] [ 162 ]} وفهم أكثر دقة للعمليات الخلوية للدياتومات.

يؤدي تحلل وتحلل الدياتومات إلى رواسب عضوية وغير عضوية (على شكل سيليكات )، ويمكن أن يؤدي المكون غير العضوي منها إلى طريقة لتحليل البيئات البحرية الماضية عن طريق أخذ عينات من قيعان المحيطات أو طين الخلجان ، حيث أن المادة غير العضوية مضمنة في ترسب الطين والطمي وتشكل سجلاً جيولوجياً دائماً لهذه الطبقات البحرية (انظر الطمي السيليسي ).

تُعدّ الدياتومات، وأصدافها (الفرستولات) مثل الدياتوميت أو التراب الدياتومي ، موارد صناعية مهمة تُستخدم في التلميع الدقيق وترشيح السوائل. وقد اقتُرح استخدام التركيب المعقد لأصدافها المجهرية كمادة في تقنية النانو . ^{[ 163 ]}

التراب الدياتومي (الدياتوميت)

صورة مقربة للتربة الدياتومية، تتكون من دياتومات مركزية (متناظرة شعاعيًا) ودياتومات ريشية (متناظرة ثنائيًا) معلقة في الماء.

يُعتبر الدياتوميت مادة نانوية طبيعية، وله استخدامات وتطبيقات عديدة، منها: إنتاج منتجات خزفية متنوعة، وخزفيات البناء، والخزفيات المقاومة للحرارة، والخزفيات الأكسيدية الخاصة، وإنتاج مواد التحكم في الرطوبة، واستخدامه كمادة ترشيح، ومادة في صناعة الأسمنت، ومادة أولية لإنتاج حوامل الأدوية طويلة المفعول، ومادة امتصاص على نطاق صناعي، وإنتاج الخزف المسامي، وصناعة الزجاج، واستخدامه كحامل للمحفزات، وحشو في البلاستيك والدهانات، وتنقية المياه الصناعية، وحامل للمبيدات، فضلاً عن تحسين الخصائص الفيزيائية والكيميائية لبعض أنواع التربة، وغيرها من الاستخدامات. ^{[ 164 ] [ 165 ] [ 166 ]}

تُستخدم الدياتومات أيضًا للمساعدة في تحديد أصل المواد التي تحتوي عليها، بما في ذلك مياه البحر.

قد يُثبت ترسيب السيليكا بواسطة الدياتومات فائدته في تقنية النانو . ^{[ 167 ]} تُنتج خلايا الدياتومات صمامات بأشكال وأحجام متنوعة بشكل متكرر وموثوق، مما يسمح لها بتصنيع هياكل دقيقة أو نانوية قد تُستخدم في مجموعة واسعة من الأجهزة، بما في ذلك: الأنظمة البصرية؛ وتقنية الطباعة النانوية لأشباه الموصلات ؛ وحتى وسائل توصيل الأدوية . وباتباع إجراءات انتقاء اصطناعي مناسبة ، يُمكن تطوير أنواع من الدياتومات تُنتج صمامات بأشكال وأحجام محددة لزراعتها في مزارع مستمرة لإنتاج مكونات نانوية بكميات كبيرة. ^{[ 168 ]} كما اقتُرح استخدام الدياتومات كمكون في الخلايا الشمسية عن طريق استبدال ثاني أكسيد السيليكون، الذي تستخدمه الدياتومات عادةً في بناء جدران خلاياها، بثاني أكسيد التيتانيوم الحساس للضوء . ^{[ 169 ]} واقتُرحت أيضًا ألواح شمسية لإنتاج الوقود الحيوي من الدياتومات. ^{[ 170 ]}

• الخدمات الداعمة والتنظيمية التي تقدمها الدياتومات البحرية وبعض آثارها السلبية
• 
                                          CNN = نوى تكثيف السحب ، DMS = ثنائي ميثيل كبريتيد ، DMSP = ثنائي ميثيل سلفونيوبروبيونات ، VOCs = مركبات عضوية متطايرة. السهم المتقطع: تأثير سلبي، السهم المتصل: تأثيرات إيجابية.                                                  

يتمثل الهدف الرئيسي لتحليل الدياتومات في الطب الشرعي في التمييز بين الوفاة غرقًا والوفاة غرقًا بعد الوفاة في الماء. قد تكشف الاختبارات المعملية عن وجود الدياتومات في الجثة. ونظرًا لأن الهياكل العظمية للدياتومات، المصنوعة من السيليكا، لا تتحلل بسهولة، فإنه يمكن أحيانًا اكتشافها حتى في الجثث المتحللة بشدة. ولأنها لا توجد بشكل طبيعي في الجسم، فإذا أظهرت الاختبارات المعملية وجود دياتومات في الجثة من نفس النوع الموجود في الماء الذي عُثر فيه على الجثة، فقد يكون ذلك دليلًا قويًا على أن الغرق هو سبب الوفاة . قد يكون مزيج أنواع الدياتومات الموجودة في الجثة هو نفسه أو مختلفًا عن الماء المحيط، مما يشير إلى ما إذا كان الضحية قد غرق في نفس الموقع الذي عُثر فيه على الجثة. ^{[ 171 ]}