微細藻類：特性、分類、およびアプリケーション - 生物学 - 2025

微細藻類は、つまりは光からエネルギーを得て、自分の食べ物を合成し、photoautotrophs真核生物です。それらはクロロフィルおよびそれらにすばらしい光合成の効率を与える他の付属の顔料を含んでいます。

それらは、凝集体として確立された場合、単細胞のコロニアルであり、糸状（孤立またはコロニアル）です。それらはシアノバクテリア（原核生物）とともに植物プランクトンの一部です。植物プランクトンは、受動的に浮遊したり、移動性が低下した光合成、水生微生物のセットです。

図1. Volvox（球状）出典：Frank Fox、Wikimedia Commons経由

微細藻類は、エクアドルの陸から極地にかけて発見され、経済的に非常に重要な生体分子および代謝物の供給源として認識されています。それらは食物、薬、飼料、肥料、燃料の直接的な供給源であり、汚染の指標さえあります。

特徴

太陽光をエネルギー源とする生産者

ほとんどの微細藻類は、光合成の実行を可能にする光エネルギーの光受容体であるクロロフィル（テトラピロール植物色素）を含んでいるため、色は緑色です。

ただし、一部の微細藻類には、緑色または黄色のカロテノイド色素であるキサントフィルが含まれているため、赤色または茶色に着色されています。

生息地

彼らは、さまざまな甘くて塩辛い、自然および人工の水生環境（スイミングプールや水槽など）に生息しています。いくつかは、土壌、酸性の生息地、および多孔性の（溶岩）岩内で、非常に乾燥した非常に寒い場所で成長することができます。

分類

微細藻類は多系統であるため、非常に不均一なグループを表します。つまり、さまざまな祖先の種の子孫をグループ化します。

これらの微生物を分類するために、さまざまな特性が使用されています。その中には、クロロフィルとそのエネルギー貯蔵物質の性質、細胞壁の構造、およびそれらが示す移動性のタイプがあります。

そのクロロフィルの性質

ほとんどの藻類はA型クロロフィルを示し、少数の藻類はそれから派生した別のタイプのクロロフィルを示します。

多くは必須の光栄養生物であり、暗闇の中で成長しません。ただし、一部は暗闇の中で成長し、光のない状態で単糖と有機酸を異化します。

たとえば、一部の鞭毛虫とクロロフィルは、炭素とエネルギーの供給源として酢酸塩を使用できます。他のものは、エネルギー源としてそれらを使用せずに、光の存在下で単純な化合物を同化します（photoheterotrophy）。

エネルギー貯蔵としてのカーボンポリマー

微細藻類は、光合成プロセスの産物として、エネルギーの蓄積として役立つさまざまな炭素ポリマーを生成します。

たとえば、緑藻類の微細藻類は、高等植物のデンプンと非常によく似た予備デンプン（α-1,4-D-グルコース）を生成します。

細胞壁構造

微細藻類の壁は、さまざまな構造と化学組成を持っています。壁は、通常はキシラン、ペクチン、マンナン、アルギン酸またはフチン酸を添加して、セルロース繊維で構成できます。

一部の石灰藻やサンゴ藻では、細胞壁に炭酸カルシウムの沈着が見られますが、他のキチンを持っているものもあります。

一方、珪藻は細胞壁にシリコンがあり、そこに多糖類とタンパク質が追加されて、左右対称または放射状の対称の殻（フラスチュル）を形成します。これらの殻は長い間無傷のままで、化石を形成しています。

ユーグレノイド微細藻類は、以前のものとは異なり、細胞壁を欠いています。

移動のタイプ

微細藻類は、鞭毛（ユーグレナや渦鞭毛藻など）を持つことができますが、繊毛を持つことはありません。一方で、いくつかの微細藻類は栄養段階で不動を示しますが、彼らの配偶子は移動することができます。

バイオテクノロジーのアプリケーション

人間と動物の摂食

1950年代、ドイツの科学者たちは、家畜や人間の消費をカバーすることを目的として、従来の動物や植物のタンパク質に代わる脂質やタンパク質を得るために、微細藻類の大量培養を始めました。

最近、微細藻類の大規模な栽培は、世界の飢餓と栄養失調と戦う可能性の1つとして予測されています。

微細藻類には異常な栄養素濃度があり、高等植物種で観察されるものよりも高い。微細藻類の毎日のグラムは、欠乏した食事を補うための代替手段です。

食品としての利用のメリット

微細藻類を食品として使用する利点には、以下のものがあります。

• 微細藻類の成長速度が速い（大豆の単位面積あたりの収穫量の20倍）。
• 栄養補助食品として1日の少量を摂取すると、消費者の「血液学的プロファイル」と「知的状態」で測定される利点が得られます。
• 他の自然食品と比較して高いタンパク質含有量。
• 高濃度のビタミンとミネラル：1日1〜3グラムの微細藻類の副産物を摂取すると、かなりの量のベータカロチン（プロビタミンA）、ビタミンEおよびB複合体、鉄および微量元素が得られます。
• ミツバチが収集する高麗人参や花粉と比較して、非常に活気のある栄養源。
• 高強度のトレーニングに推奨されます。
• 微細藻類の乾燥抽出物は、その濃度、軽量、輸送の容易さから、緊急事態を見越して保存するための非腐敗性食品として適しています。

図2. Arthrospiraは広く使用され、大量培養されたシアノバクテリアです。出典：Joan Simon、Perdita（英語版ウィキペディアユーザー）、Wikimedia Commons経由

水産養殖

微細藻類は、タンパク質含有量が高い（乾燥重量で40〜65％）ことと、サケ科魚類および甲殻類の色素を増す能力があるため、水産養殖の食品として使用されています。

たとえば、成長段階にある二枚貝の餌として使用されます。甲殻類のいくつかの種の幼虫段階および魚のいくつかの種の初期段階。

食品業界の顔料

いくつかの微細藻類色素は、鶏肉と卵黄の色素沈着を増加させるため、および牛の繁殖力を向上させるために、飼料の添加物として使用されます。

これらの顔料は、マーガリン、マヨネーズ、オレンジジュース、アイスクリーム、チーズ、ベーカリー製品などの製品の着色剤としても使用されます。

図3.微細藻類から高価値の化合物を得るために使用される管状フォトバイオリアクター。出典：IGV Biotech、Wikimedia Commonsから

人間および獣医学

人間および獣医学の分野では、微細藻類の可能性が認識されています。

• それらは様々なタイプの癌、心臓および眼科疾患のリスクを軽減します（それらのルテイン含有量のおかげです）。
• これらは、冠状動脈性心臓病、血小板凝集、異常なコレステロール値の予防と治療に役立ち、特定の精神疾患の治療にも非常に有望です（オメガ3の含有量により）。
• それらは抗変異原作用を持ち、免疫系を刺激し、高血圧を減らし、解毒します。
• 彼らは抗凝固作用と殺菌作用があります。
• それらは鉄の生物学的利用能を高めます。
• 治療的および予防的微細藻類に基づく薬は、他の条件の中でも、潰瘍性大腸炎、胃炎および貧血のために生成されています。

図4.フラットフォトバイオリアクター：付加価値の高い微細藻類の副産物を取得するために使用され、実験に使用されています。出典：IGV Biotech、Wikimedia Commonsから

肥料

微細藻類はバイオ肥料や土壌改良剤として使用されます。これらの光合成独立栄養微生物は、乱された、または燃やされた土壌をすばやく覆い、侵食のリスクを減らします。

一部の種は窒素固定を支持しており、たとえば、肥料を添加することなく、何世紀にもわたって氾濫した土地で米を栽培することを可能にしました。他の種は、堆肥の石灰を置き換えるために使用されます。

化粧品

微細藻類誘導体は、虫歯の原因となる細菌を排除する強化練り歯磨きの配合に使用されています。

そのような誘導体を含むクリームも、その抗酸化性および紫外線保護特性のために開発されました。

図5.バンクまたは株における微細藻類の維持。出典：CSIRO

下水処理

微細藻類は、廃水から有機物を変換し、バイオマスと灌漑用の処理水を生成するプロセスに適用されます。このプロセスでは、微細藻類は好気性細菌に必要な酸素を供給し、有機汚染物質を分解します。

汚染指標

水生環境の一次生産者としての微細藻類の生態学的重要性を考えると、それらは環境汚染の指標生物です。

さらに、銅、カドミウム、鉛などの重金属や塩素化炭化水素に対する耐性が高いため、これらの金属の存在を示すことができます。

バイオガス

いくつかの種（たとえば、クロレラやスピルリナ）は、培地のpHを同時に制御することに加えて、無機炭素源として二酸化炭素を消費するため、バイオガスの精製に使用されてきました。

バイオ燃料

微細藻類は、脂肪、油、糖、機能的な生理活性化合物など、商業的に興味深い生物エネルギー副産物を幅広く生合成します。

図6.カルーセルタイプの微細藻類カルチベーター。化粧品および食品産業の微細藻類の大量培養に使用されます。出典：Wikimedia CommonsのJanB46

多くの種は、陸上植物に存在するものよりも高いレベルで、高エネルギー液体バイオ燃料として直接使用するのに適した脂質と炭化水素が豊富で、化石燃料の精製製品の代替品としての可能性もあります。油のほとんどが微細藻類に由来すると考えられていることを考えると、これは驚くべきことではありません。

1つの種、特にBotryococcus brauniiは、広範囲にわたって研究されてきました。微細藻類からの油の収量は、菜種とヤシに比べて、エーカーあたり年間7,500〜24,000リットルの油から、それぞれ738リットルと3690リットルと、土地作物の最大100倍になると予測されています。 。

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