Κέλπιες

Κέλπιες ονομάζονται τα μεγάλα φαιοφύκη (μακροφύκη) που ανήκουν στις τάξεις Λαμιναριώδη (Laminariales) και Φυκώδη (Fucales), αν και ο όρος αναφέρεται πρακτικά στα είδη της τάξης Λαμιναριώδη μόνο. Βρίσκονται στα ρηχά υποπαλιρροιακά σκληρά υποστρώματα στις περισσότερες εύκρατες θερμοκρασίες. Οι κέλπιες αποτελούν σημαντικές κοινωνίες, καθώς εμφανίζουν μεγάλη παραγωγικότητα και περίπλοκη βιολογική δομή(Dayton, 1985). Λειμώνες κελπιών ονομάζονται οι μεγάλες πυκνές εκτάσεις με κέλπιες. Όταν οι θαλλοί τους βρίσκονται στην επιφάνεια του νερού ονομάζονται δάση κελπιών και αποτελούν οικοσυστήματα που φιλοξενούν πολυάριθμα είδη οργανισμών (Castro et al., 1999).

 Τα Λαμιναριώδη περιλαμβάνουν 7 οικογένειες: τις Akkesiphycaceae, Alariaceae, Chordaceae, Costariaceae, Λαμιναριοειδή (Laminariaceae), Lessoniaceae, Pseudochordaceae. Από τα Φυκώδη περιλαμβάνονται στις κέλπιες μόνο είδη της οικογένειας Durvillaeaceae. Τα είδη του γένους Λαμινάρια (Laminaria) κυριαρχούν σε πολλά μέρη του κόσμου και κυρίως στον Ατλαντικό ωκεανό, στην Κίνα και στην Ιαπωνία. Τα είδη του γένους Ecklonia κυριαρχούν σε κάποια δάση κελπιών στην Αυστραλία, στη Νέα Ζηλανδία και στη Ν. Αφρική. Η γιγάντια κέλπια Macrocystis pyrifera σχηματίζει πυκνά δάση στη Ν. Αμερική, στα Ν. ωκεάνια νησιά, στην Αυστραλία, στη Νέα Ζηλανδία, στη Ν. Αφρική και στο ΒΑ Ειρηνικό εκτός από την περιοχή βόρεια του Σαν Φρανσίσκο στην Καλιφόρνια. Όμως εκεί υπάρχει η μεγαλύτερη ποικιλότητα ειδών κελπιών στον κόσμο, με κυρίαρχα γένη: Macrocystis, Nereocystis, Alaria, Pterygophora και Laminaria. (Dayton, 1985) Οι κέλπιες αποτελούν τα πιο πολύπλοκα και μεγάλα φαιοφύκη. Περιέχουν κίτρινες χρωστικές ιδιαίτερα την φυκοξανθίνη που τους δίνει χρώματα από ελαιοπράσινο μέχρι σκούρο καφέ. Ο θαλλός μερικών κελπιών αποτελείται από ένα μόνο μεγάλο έλασμα, ενώ σε άλλα είδη το έλασμα χωρίζεται ή ακόμα και διακλαδίζεται και από ένα ριζοειδές μπορεί να αναπτυχθεί ένας αριθμός ελασμάτων. (Castro et al., 1999) Ο κύκλος ζωής όλων των κελπιών αποτελείται από εναλλαγή δύο γενεών. Τη φάση των απλοειδών γαμετόφυτων που παράγουν μικροσκοπικά ζωοσπόρια και τη φάση των διπλοειδών σπορόφυτων που παράγουν ανθηρίδια (αρσενικοί γαμέτες) και ωογόνια (θηλυκοί γαμέτες). Η γονιμοποίηση τους οδηγεί στην δημιουργία ζυγωτού και την ανάπτυξη σπορόφυτων (Dayton, 1985). Οι κοινότητες των κελπιών αναπτύσσονται σε σκληρά υποστρώματα κατά μήκος των ακτών. Εκεί επικρατούν ψυχρά ρεύματα που είναι πλούσια σε θρεπτικά άλατα. Οι κέλπιες καταστρέφονται από βόσκηση, που γίνεται κυρίως από αχινούς, καθώς και από θερμά ρεύματα, έντονη κυματική δράση και ρύπανση (Castro et al., 1999). Οι λειμώνες των κελπιών σχηματίζουν ένα πολυόροφο, πολύπλοκο περιβάλλον. Πάνω στις λεπίδες και τους στύπους των κελπιών κατοικούν πολύχαιτοι, κρουστοφόρα, οφίουροι και άλλα μικρά ασπόνδυλα, ενώ γύρω τους κατοικούν μεταξύ άλλων αχινοί, σπόγγοι, καβούρια, αυτιά της θάλασσας και ψάρια. Τα θρύμματα των κελπιών και των μακροφυκών του υποορόφου είναι η κύρια πηγή τροφής (Castro et al., 1999). Οι κέλπιες χρησιμοποιούνται σε πολλούς τομείς: Κάποια είδη μελετώνται ως πιθανές διατροφικές πηγές εμπορικών ψαριών, που συμβάλουν στην καλή υγεία των συγκεκριμένων ψαριών (Mansilla et al., 2011). Η γιγάντια κέλπια Macrocystis pyrifera καλλιεργείται στην Νότια Χιλή για εμπορικούς σκοπούς για την παραγωγή διάφορων τροφικών παραγόντων, ενώ έχει και εναλλακτικές χρήσεις ως τροφή για γαστερόποδα και αχινούς ή ως οργανικό λίπασμα (Gutierrez et al., 2006). Μελετήθηκε η φυσιολογία ειδών κελπιών, αλλά η επίδραση των περιβαλλοντικών παραγόντων (όπως η διαθεσιμότητα φωτός, έκθεση στο κυματισμό και χαρακτηριστικά του βυθού) στη κατανομή και την κάλυψη ειδών κελπιών, αλλά και η αλληλεπίδρασή τους με άλλα είδη της κοινότητας (Gorman et al., 2013), αλλά και με ξενικά είδη (Scheil et al., 2012). Ακόμα, μελετήθηκε η ικανότητα κάποιων τάξεών τους να συσσωρεύουν και να χρησιμοποιούν το ιώδιο σε διάφορες φυσιολογικές προσαρμογές ως απόκριση στο βιοτικό ή αβιοτικό στρες (π.χ. άμυνα κατά των θηρευτών, αναδόμηση ιστών, κλπ.). Μέσω της μελέτης επιλεγμένων διεργασιών του μεταβολισμού τους, ανακαλύπτονται νέες λειτουργίες για τη συσσώρευση του ιωδίου στις κέλπιες και τη σημασία της συσσώρευσης βρωμίου σε τροποποιήσεις του κυτταρικού τοιχώματος και σε απορρόφησης του πολλαπλασιασμού των φαιοφυκών. Η σημασία του καθορισμού της θέσης των γονιδίων του βιοχημικού κύκλου εμπεριέχεται σε τομείς όπως η μικροβιολογία, η βιοχημεία, η ενζυμολογία, η κυτταρική βιολογία και η οικοτοξικολογία. (La Barre et al., 2010). Πολλά είδη κελπιών μελετώνται, καθώς τα χημικά παράγωγα τους είναι χρήσιμα στη φαρμακολογία. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν τα είδη του γένους Laminaria, χημικές ουσίες των οποίων χρησιμοποιούνται ευρέως για τη θεραπεία δηλητηρίασης από βαρέα μέταλλα, καρκίνου, καρδιοαγγειακά νοσήματα (Kim et al., 2011). Ένας πολυσακχαρίτης των φαιοφυκών αποδείχτηκε ότι έχει ισχυρή αντιοξειδωτική ικανότητα in vitro και να προωθεί τη σύνθεση του κολλαγόνου, για τον λόγο αυτό αποτελεί αποτελεσματικό συστατικό των μελλοντικών καλλυντικών (Yu et al., 2013). Στο πλαίσιο αντιμετώπισης της αυξημένης ποσότητας CO2 στην ατμόσφαιρα από τα ορυκτά καύσιμα, γίνεται μια προσπάθεια εξεύρεσης εναλλακτικών πηγών ενέργειας. Έχει βρεθεί ότι το είδος Laminaria digitata μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη μεγάλης διάρκειας για αναερόβια καύση και ζύμωση με τελικό παράγωγο αιθανόλη και πετρέλαιο (Adams et al., 2011). Ακόμα μελετάται η δημιουργία ενός συστήματος συλλογής υδροκινητικής ενέργειας στο οποίο να αξιοποιηθεί η κίνηση των κελπιών, εξαιτίας του κυματισμού, για την παραγωγή φτηνής και βιώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας (Pankonien et al., 2010). Adams, J.M.M., Toop, T.A., Donnison I.S, Gallagher J.A., 2011. Seasonal variation in Laminaria digitata and its impact on biochemical conversion routes to biofuels. Bioresource Technology 102, 9976-9984pp.Dayton, K.P., 1985. Ecology of Kelp communities. Annual review of ecology and systematic, Vol. 16, 215-245pp.Gorman, D., Bajjouk, T., Populus, J., Vasquez, M., Ehrhold, A., 2013. Modeling kelp forest distribution and biomass along temperate rocky coastlines. Mar Biol, 160:309-325.Gutierrez, A., Correa, T., Muñoz, V., Santibanez, A., Marcos, R., Cáreces, C., Buschmann, A.H., 2006. Farming of the giant kelp Macrocyxtis Pyrifera in the southern Chile for the development of novel food products. Journal of applied phycology, 18:259Kim, S., Bhatnagar I., 2011. Physical, chemical, and biological properties of wonder kelp-Laminaria. Advances in food and nutrition research, Vol. 64, 85-96pp.La Barre, S., Potin, P., Leblanc, C., Delage, L., 2010. The halogenated metabolism of brown algae (Phaetophyta), its biological importance and its environmental significance. Marine Drugs, Vol. 8, 988-1010pp.Mansilla, A., Ávila, M., 2011. Using Macrocystis pyrifera (L.) C. Agardh from southern Chile as a source of applies biological compounds. Revista Brasiliera de farmacognosia, Brazilian joyrnal of pharmacognosy, Vol. 21 (2), 262-267pp.Pankonien, A.M., Ounaies, Z., 2010. Piezoelectric artificial kelp for energy harvesting. Asme, Conference on smart materials, adaptive structures and intelligent systems, Vol. 2, 223-232pp.Schiel, D.R., Thompson, G.A., 2012. Demography and population biology of the invasive kelp Undaria pinnatifida on shallow reefs in southern New Zealand. Journal of experimental marine biology and ecology 434-435, 25-33pp.Yu, P., Chao, X., 2013. Statistics-based optimization of the extraction process of kelp polysaccharide and its activities. Carbohydrate polymers, Vol 91, 356-362pp.