الطحالب الدقيقة

الطحالب الدقيقة أو النباتات المجهرية هي طحالب مجهرية لا تُرى بالعين المجردة . وهي من العوالق النباتية التي توجد عادةً في المياه العذبة والمالحة ، وتعيش في كل من عمود الماء والرواسب . ^{[ 1 ]} وهي كائنات وحيدة الخلية تعيش منفردة أو في سلاسل أو مجموعات. ويتراوح حجمها، بحسب النوع، من بضعة ميكرومترات (ميكرومتر) إلى بضع مئات من الميكرومترات. وعلى عكس النباتات الراقية، لا تمتلك الطحالب الدقيقة جذورًا أو سيقانًا أو أوراقًا. ^{[ 2 ]} وهي مُتكيّفة خصيصًا مع بيئة تهيمن عليها قوى اللزوجة.

تُعدّ الطحالب الدقيقة، القادرة على القيام بعملية التمثيل الضوئي ، ضرورية للحياة على الأرض؛ فهي تُنتج ما يقارب نصف الأكسجين الجوي ^{[ 3 ]} وتستخدم غاز ثاني أكسيد الكربون، وهو أحد غازات الدفيئة، للنمو ذاتيًا ضوئيًا. "تهيمن الطحالب الدقيقة على عملية التمثيل الضوئي في البحار، والتي تُعرف مع البكتيريا الزرقاء مجتمعةً باسم العوالق النباتية ." ^{[ 4 ]} تُشكّل الطحالب الدقيقة، إلى جانب البكتيريا، قاعدة الشبكة الغذائية ، وتُوفّر الطاقة لجميع المستويات الغذائية الأعلى منها. غالبًا ما تُقاس الكتلة الحيوية للطحالب الدقيقة بتركيزات الكلوروفيل أ ، ويمكن أن تُوفّر مؤشرًا مفيدًا للإنتاجية المحتملة. ^{[ 5 ] [ 6 ]} تُشبه الطحالب الدقيقة النباتات الأرضية إلى حد كبير لاحتوائها على الكلوروفيل، وبالتالي فهي تحتاج أيضًا إلى ضوء الشمس للنمو والعيش. غالبًا ما تُوجد طافيةً في الجزء العلوي من المحيط، حيث يصل ضوء الشمس إلى الماء. تحتاج الطحالب الدقيقة إلى النترات والفوسفات والكبريت، والتي تحولها إلى كربوهيدرات ودهون وبروتينات. ^{[ 7 ]} وبفضل هذه القدرة التحويلية، تُعرف بفوائدها الصحية والغذائية. وقد وُجد أنها تُستخدم كمكون في بعض الأطعمة، بالإضافة إلى كونها مُحفزًا حيويًا في المنتجات الزراعية. ^{[ 8 ]}

تتميز الطحالب الدقيقة بتنوع بيولوجي هائل، فهي تمثل مورداً غير مستغل تقريباً. تشير التقديرات إلى وجود ما بين 200,000 و800,000 نوع ضمن أجناس مختلفة، منها حوالي 50,000 نوع موصوف. ^{[ 9 ]} وقد تم تحديد التركيب الكيميائي لأكثر من 15,000 مركب جديد مستخلص من الكتلة الحيوية للطحالب. ^{[ 10 ]} تشمل هذه المركبات الكاروتينات ، والأحماض الدهنية ، والإنزيمات ، والبوليمرات ، والببتيدات ، والسموم ، والستيرولات . [ ^{11 ] وإلى} جانب توفير هذه المستقلبات القيّمة، تُعتبر الطحالب الدقيقة مصدراً محتملاً للوقود الحيوي ، كما برزت ككائن حي دقيق واعد في مجال المعالجة الحيوية . ^{[ 12 ]} الطحالب الدقيقة كائن مائي يحتوي على العديد من المركبات النشطة بيولوجياً، بما في ذلك الكاروتينات، والببتيدات، والمركبات الفينولية، وفيتامين ب ₁₂ . وقد وُجد أن العديد منها له آثار صحية إيجابية، تشمل مكافحة السرطان، وخفض ضغط الدم، ومكافحة السمنة، ومضادات الأكسدة، وحماية القلب والأوعية الدموية. وقد واجهت هذه النباتات العديد من التحديات بسبب تنوع الأنواع والاختلافات في الكتلة الحيوية وعوامل الزراعة. ^{[ 13 ]}

تُعدّ البروتوثيكا عديمة اللون، الخالية من الكلوروفيل ، استثناءً من عائلة الطحالب الدقيقة . تتحول هذه الطحالب عديمة الكلوروفيل إلى طفيلية ، مما يُسبب مرض البروتوثيكا في الإنسان والحيوان.

لا يُعدّ التركيب الكيميائي للطحالب الدقيقة عاملاً ثابتاً، بل يتفاوت تبعاً لعوامل عديدة، سواءً باختلاف الأنواع أو بظروف الاستزراع. تتمتع بعض الطحالب الدقيقة بقدرة على التكيف مع تغيرات الظروف البيئية عن طريق تغيير تركيبها الكيميائي استجابةً لهذه التغيرات. ومن الأمثلة البارزة على ذلك قدرتها على استبدال الفوسفوليبيدات بدهون غشائية خالية من الفوسفور في البيئات الفقيرة بالفوسفور. ^{[ 14 ]} ويمكن تراكم المنتجات المطلوبة في الطحالب الدقيقة إلى حد كبير بتغيير العوامل البيئية، مثل درجة الحرارة، والإضاءة، ودرجة الحموضة، وتركيز _ثاني أكسيد الكربون ، والملح، والمغذيات.

تُنتج الطحالب الدقيقة أيضًا إشارات كيميائية تُسهم في اختيار الفرائس والدفاع عنها وتجنبها. تؤثر هذه الإشارات الكيميائية على البنى الغذائية واسعة النطاق، مثل ازدهار الطحالب، ولكنها تنتشر عن طريق الانتشار البسيط والتدفق الحملي الصفائحي. ^{[ 15 ] [ 16 ]} تُشكل الطحالب الدقيقة، مثل الطحالب الدقيقة، الغذاء الأساسي للعديد من أنواع الأحياء المائية، وخاصة الرخويات ثنائية الصدفة المرشحة .

معظم الطحالب الدقيقة غير صالحة للأكل، لذا فإن معظم استخداماتها لا ترتبط بالغذاء أو الطاقة. بدلاً من ذلك، تُستخدم في العديد من الأسمدة الحيوية ومستحضرات التجميل والأدوية. ^{[ 17 ]} تُعتبر الطحالب الدقيقة أسمدة حيوية قيّمة لأنها تُساعد على تحسين نمو النباتات وتخصيب التربة. ومن المعروف أنها خيار أكثر استدامة مقارنةً بالمواد الكيميائية الزراعية لقدرتها على تقليل استخدام الأسمدة الاصطناعية، وتحسين خصوبة التربة، وترشيد العناصر الغذائية. ^{[ 18 ]} كما أن استخدام الطحالب الدقيقة في مستحضرات التجميل يتزايد انتشاره. ويعود ذلك إلى بعض الفوائد التي تُستمد من مركبات الطحالب الدقيقة، بما في ذلك مكافحة الشيخوخة، وتفتيح البشرة، والحماية من الأشعة فوق البنفسجية. توجد الطحالب في العديد من مستحضرات التجميل التي يستخدمها الناس يوميًا. وتُستخدم مركباتها في مضادات الأكسدة، ومرطبات البشرة، ومُحسِّسات البشرة، وواقيات الشمس، ومواد التكثيف، وغيرها. ^{[ 19 ]} وللطحالب الدقيقة استخدامات عديدة في عالم الأدوية. تُنتج هذه الكائنات مركبات حيوية نشطة ذات خصائص علاجية، وتُستخدم كنظام لإيصال الأدوية. ويمكن استخدام الحويصلات خارج الخلوية، المُستخلصة من الطحالب الدقيقة، لإيصال الأدوية. فهي قادرة على اختراق الحواجز البيولوجية، وتغليف البروتينات والأحماض النووية والجزيئات الصغيرة. ^{[ 20 ]}

يمكن زراعة الطحالب الدقيقة في أنظمة مغلقة وأحواض مفتوحة. وتُعتبر الأحواض المفتوحة خيارًا أكثر جدوى اقتصاديًا للإنتاج التجاري. ^{[ 28 ]} تُنتج مجموعة متنوعة من أنواع الطحالب الدقيقة في المفرخات وتُستخدم في أغراض تجارية متعددة، بما في ذلك التغذية البشرية ، ^{[ 29 ]} والوقود الحيوي ، ^{[ 30 ]} وتربية الكائنات الحية الأخرى، ^{[ 31 ]} وصناعة المستحضرات الصيدلانية والتجميلية ، [ ^{32 ] والأسمدة} الحيوية . [ ^{33 ] ومع} ذلك، يُعد انخفاض كثافة الخلايا عائقًا رئيسيًا أمام الجدوى التجارية للعديد من المنتجات المشتقة من الطحالب الدقيقة، لا سيما المنتجات منخفضة التكلفة. ^{[ 34 ]}

وقد بحثت الدراسات في العوامل الرئيسية لنجاح نظام مفرخات الطحالب الدقيقة، وهي: ^{[ 35 ] [ 34 ]}

• هندسة وحجم أنظمة الاستزراع (المشار إليها باسم المفاعلات الضوئية الحيوية )؛
• شدة الإضاءة؛
• تركيز ثاني أكسيد الكربون ( _CO2 ) في الحالة الغازية
• مستويات العناصر الغذائية (بشكل رئيسي النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم)
• اختلاط الثقافات