Kieselalgen

Kieselalgen – Biologie

Hast du schon einmal einen Stein aus dem Wasser aufgehoben und konntest an der Unterseite eine braune, schmierige Schicht sehen? Das war vermutlich eine Schicht aus unzähligen Kieselalgen.
Der Text beschäftigt sich mit den Fragen „Was machen Kieselalgen?“, „Was hat die Kieselalge mit dem Nobelpreis zu tun?“ und „Wie ernähren sich Kieselalgen?“. Was eine Kieselalge ist und welche Bedeutung die Kieselalgen haben, findest du einfach erklärt in diesem Text.

Was sind Algen?

Früher wurden Algen als eine Gruppe einzelliger oder mehrzelliger Pflanzen angesehen, da sie wie Landpflanzen ebenfalls Fotosynthese betreiben. Heute ordnet man sie jedoch den sogenannten Protisten zu. Insgesamt gibt es sehr viele verschiedene Algenarten. Es wird geschätzt, dass es etwa 400 000 verschiedene Algenarten gibt, von denen heute erst etwa 20 % bekannt sind.

Algen enthalten den Farbstoff Chlorophyll, weswegen sie in der Regel grün erscheinen. Das Chlorophyll kann aber auch von anderen Pigmenten überlagert werden. Dadurch können Algen auch andere Farben annehmen. Abhängig von der Farbe wird zwischen Braunalgen, Rotalgen und Grünalgen unterschieden.

Algen benötigen einen feuchten Lebensraum, du findest sie daher meist in Meeren, Flüssen, Seen und sogar in deinem Pool im Garten. Über Jahrmillionen haben sie aber auch andere Lebensräume besiedelt. Dafür gehen sie manchmal auch mit Pilzen eine Symbiose, also eine Lebensgemeinschaft, ein. Diese Symbiose kennst du als Flechten, die man beispielsweise an Rinden von Bäumen oder Hausmauern findet.

Was sind Kieselalgen?

Kieselalgen sind eine Unterfamilie der Algen, die es schon vor etwa 1,5 Milliarden Jahren gab. Heutzutage sind über 6 000 Kieselalgenarten bekannt, wobei es sich um Einzeller handelt. Zudem weisen sie eine große Formenvielfalt auf. Da Kieselalgen nur eine durchschnittliche Größe von etwa $\pu{0,01 mm}$ haben, zählen sie zu den Mikroalgen. Wie andere Algen auch, findet man sie an nassen Orten. Sie leben in Meeren, Flüssen und Seen, aber auch im Schlamm und in Regentonnen. In dem Bild kannst du verschiedene Kieselalgenarten sehen.

Wie sind Kieselalgen aufgebaut?

Eine Kieselalge besteht aus einer Kieselalgenschale, einem Zellplasma und einem Zellkern. Doch was ist die Kieselalgenschale? Die Kieselalgenschale (Frustel) besteht aus zwei Teilen, den sogenannten Theken. Diese greifen ineinander wie bei einer Schachtel mit einem Deckel. Die größere Schale wird als Epitheka bezeichnet und die kleinere als Hypotheka. Die Theken sind aus Silikat aufgebaut und schützen die Kieselalgen vor Fressfeinden wie Kleinstkrebsen. Darüber hinaus kann man anhand der Muster ihrer Schalen bestimmte Arten von Kieselalgen voneinander unterscheiden. Einzelne Kieselalgen können sich auch als Ketten zusammenhängen.

In der Abbildung kannst du den Aufbau einer Kieselalge mit Beschriftung im Querschnitt sehen.

Warum sind Kieselalgen braun?

Kieselalgen erscheinen braun, da der Farbstoff Fucoxanthin das grüne Chlorophyll überlagert. Oftmals sind Kieselalgen die Ursache für den braunen Schleim auf Pflanzen und Steinen im Aquarium.

Fortpflanzung der Kieselalgen

Der wissenschaftliche Name – also der Fachbegriff – der Kieselalge lautet Diatomee und leitet sich von der Art der Fortpflanzung ab. Das griechische Wort diatémnein bedeutet nämlich durchschneiden. Kieselalgen vermehren sich also überwiegend ungeschlechtlich (Mitose). Es gibt allerdings auch vereinzelt geschlechtliche Fortpflanzung (Meiose). Dabei verschmelzen verschiedene Zellen miteinander und teilen sich anschließend.

Bedeutung und Einsatz von Kieselalgen

Kieselalgen haben aufgrund der Fotosynthese die Atmosphäre mit Sauerstoff angereichert und dadurch vermutlich die Entwicklung des Lebens auf der Erde ermöglicht. Noch heute sind Algen die größten Produzenten von Sauerstoff ($\ce{O2}$), den auch wir Menschen zum Atmen brauchen. Außerdem wird bei der Fotosynthese Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) aus der Luft aufgenommen und in den Kieselalgen gebunden.

Kieselalgen sind dem pflanzlichen Plankton (Phytoplankton) zugehörig. Das Phytoplankton ist Nahrungsgrundlage für das tierische Plankton, also Kleinstkrebse und andere Lebewesen. Das tierische Plankton dient wiederum als Nahrungsgrundlage für unzählige Lebewesen. So fressen beispielsweise die riesigen Wale große Mengen an tierischem Plankton. Somit gehören Kieselalgen zur Grundlage der Nahrungskette.

Kieselalgen als Indikator der Wasserqualität

Abhängig von dem Vorkommen und der Vermehrungsrate bestimmter Kieselalgenarten kann man Rückschlüsse auf die Qualität des Wassers ziehen.

Weitere Verwendungen von Kieselalgen

Wenn Kieselalgen sterben, bleibt das feste Silikat ihrer Schalen erhalten und setzt sich auf dem Meeresgrund ab. Das wird dann als Kieselgur bezeichnet. Alfred Nobel ließ vor über 150 Jahren 75 % flüssiges Nitroglycerin von 25 % Kieselgur aufsaugen und gewann dadurch den Sprengstoff Dynamit. Durch diese Entdeckung wurde unkontrollierbares Nitroglycerin handhabbar gemacht.

Außerdem finden Kieselalgen bei der Herstellung künstlicher Spinnenfäden und als halbleiterähnliche Elemente Verwendung. In medizintechnischen Produkten kannst du Kieselalgen beispielsweise als Putzkörper in der Zahnpasta wiederfinden. Oder ist dir nachts schon einmal die reflektierende Fahrbahnmarkierung auf der Straße aufgefallen? Auch dafür werden Kieselalgenschalen verwendet. Zudem findet Kieselgur Anwendung beim Bierbrauen, um die Trübstoffe zu entfernen. In der Autoindustrie dienen ihre Schalenformen zum Beispiel als Vorlage für Felgen. Damit sind Kieselalgen für den Forschungszweig der Bionik wichtige Modellorganismen.

Das Video Kieselalgen

In diesem Video lernst du die Kieselalgen näher kennen. Du weißt nun, dass Kieselalgen Kieselalgenschalen besitzen, die wie Topf und Deckel zusammenpassen. Außerdem finden sie Verwendung in der Wissenschaft und Technik, produzieren Sauerstoff und gehören zur Basis der Nahrungspyramide.

In dem Steckbrief zu Kieselalgen kannst du die wichtigsten Merkmale noch einmal zusammengefasst sehen:

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zu dem Thema Kieselalgen, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!