Θαλάσσια μακρόφυτα

Τα θαλάσσια μακρόφυτα είναι υδρόβιοι φυτικοί οργανισμοί που αναπτύσσονται σε παράκτια και μεταβατικά ύδατα, με μερική ή εξ ολοκλήρου κάλυψη από νερό. Χωρίζονται σε δύο γενικές ομάδες, τα μακροφύκη (θαλλόφυτα με δομικά χαρακτηριστικά θαλλό και σύστημα στήριξης) και τα θαλάσσια φανερόγαμα (αγγειόσπερμα με ρίζες, ορθότροπα και πλαγιότροπα ριζώματα, φύλλα, αναπαραγωγικά όργανα).

Τα θαλάσσια μακρόφυτα διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη δομή και λειτουργία των παράκτιων και μεταβατικών οικοσυστημάτων καθώς αποτελούν σημαντικούς πρωτογενείς παραγωγούς, συμβάλουν στην οξυγόνωση των οικοσυστημάτων αυτών και στην απορρόφηση του CO2 της ατμόσφαιρας, αποτελούν τροφή και καταφύγιο για ζωικούς οργανισμούς, αποτελούν φυσικό φράγμα στη δράση κυματισμού και παγιδεύουν το ίζημα μειώνοντας τη διάβρωση του πυθμένα και της ακτογραμμής.

Τα θαλάσσια μακρόφυτα ως βιοδείκτες

Τα θαλάσσια μακρόφυτα (μακροφύκη, φανερόγαμα) κατατάσσονται μεταξύ των οργανισμών  που προτείνονται από την επιστημονική κοινότητα, αλλά και από την οδηγία της ΕΕ (2000/60/EΚ) για τη θέσπιση πλαισίου κοινοτικής δράσης στον τομέα της πολιτικής των υδάτων. Μεταξύ των βιολογικών κριτηρίων που προτείνονται είναι: η σύνθεση και αφθονία των θαλάσσιων μακροφύτων, που οδηγεί στον χαρακτηρισμό μιας περιοχής ως υψηλή, καλή ή μέτρια.

Για τον προσδιoρισμό ενός βιολογικού δείκτη απαιτείται: αυτός να αντανακλά την βιολογική ευστάθεια, να ανταποκρίνεται στη περιβαλλοντική καταπόνηση, να μετριέται με μικρή πιθανότητα λάθους, να μην είναι πολύπλοκος, να είναι κοινός και άφθονος,  καλά μελετημένος και με οικονομικό / εμπορικό ενδιαφέρον.

Οι βιοτικοί  δείκτες που έχουν προταθεί με τη χρήση  μακροφυκών είναι οι : BENTHOS, CARLIT, EEI,  R-MaQI (Rapid –Macrophyte Quality Index  (για μεταβατικά ύδατα), ενώ με τη χρήση θαλάσσιων φανερόγαμων οι: Posware, POMI, Valencian CS, BiPo, PREI, Rapid easy index κ.α..

Βιοδείκτες της ρύπανσης από μέταλλα
        
Τα θαλάσσια φανερόγαμα προσροφούν, συσσωρεύουν και απομακρύνουν μέταλλα από το νερό με τα φύλλα, τα κατακόρυφα ριζώματα και τα επίφυτα που είναι πάνω σε αυτά και με τις ρίζες-οριζόντια ριζώματα από το ίζημα και το μεσοδιαστηματικό νερό. Τα θαλάσσια μακροφύκη προσροφούν μέταλλα κυρίως από το νερό, αλλά και από το ίζημα, όταν έρχονται σε άμεση επαφή με τους κόκκους τους ιζήματος και οι δυνάμεις σύνδεσης τους με το φύκος είναι πιο ισχυρές από εκείνες με το ίζημα. Έτσι τα μέταλλα συσσωρεύονται στους ιστούς των μακρόφυτων και συχνά αντανακλούν τον βαθμό ρύπανσης σε παράκτιες και εκβολικές περιοχές, για αυτό χρησιμοποιούνται ως βιοδείκτες για ρύπανση από μέταλλα (π.χ. τα θαλάσσια φανερόγαμα Ηalophila stipulacea, Posidonia oceanica, Ruppia maritime και τα μακροφύκη  Ulva rigida, Gracilaria bursa pastoris). Συγκεκριμένα, στον Κόλπο των Αντικύρων το θαλάσσιο φανερόγαμο  Halophila stipulacea προτάθηκε ως «βιοδείκτης» για τα  Al και Fe και η Posidonia oceanica για τα  Cu, Cd, Pb, ενώ στον Κόλπο της Θεσσαλονίκης η Cymodocea nodosa προτάθηκε ως «ενδείκτης» για το Mn και Cu. Βιοδείκτες για ορισμένα μέταλλα προτάθηκαν και πολλά μακροφύκη, όπως για παράδειγμα το χλωροφύκος Ulva ridida. Τα μακρόφυτα παρουσιάζουν διαφορές ως προς την ευαισθησία στην τοξικότητα των μετάλλων. 
         
Ορισμένα είδη μακρόφυτων συνθέτουν μηχανισμούς αποτοξίνωσης από μέταλλα, με τη σύνθεση Φυτοχελατινών (μη πρωτεϊνικών πεπτιδίων πλούσιων σε θείο) και μεταλλοθειονών (μικρομοριακές πρωτεΐνες με υψηλή περιεκτικότητα κυστεΐνης) τα οποία δεσμεύουν μέταλλα με μορφή χηλικών συμπλόκων .

Αλλόχθονα είδη μακροφύτων- Είδη εισβολείς 
Μία από τις σημαντικότερες απειλές του θαλάσσιου περιβάλλοντος αποτελεί η εισαγωγή αλλόχθονων θαλάσσιων ειδών. Πρόκειται για είδη που εξαπλώνονται σε περιοχές πέραν του φυσικού τους περιβάλλοντος. Τα είδη εισβολείς είναι εισαγόμενα είδη τα οποία έχουν συνήθως αρνητικό αντίκτυπο στην οικολογία και /ή στην οικονομία μιας περιοχής. Πιο συγκεκριμένα μπορεί να οδηγήσουν σε μείωση της βιοποικιλότητας, αλλαγές στη δομή του οικοσυστήματος, καθώς επίσης να προκαλέσουν αρνητικές οικονομικές συνέπειες σε παράκτιες περιοχές.

Τα αλλόχθονα είδη μακροφυκών που έχουν καταγραφεί στην Ελλάδα μέχρι τον Αύγουστο του 2009 είναι τα ακόλουθα: 

 Antithamnionella elegans  (Berthold) J.H. Price et D.M. John
 Asparagopsis armata Harvey
 Asparagopsis taxiformis (Delile) Trevisan de Saint-Leon
 Caulerpa racemosa var. cylindracea (Sonder) Verlaque, Huisman et Boudouresque
 Caulerpa racemosa var. lamourouxii (Montagne) Weber van Bosse
 Codium fragile (Suringar) Hariot subsp. fragile
 Colpomenia peregrina  Sauvageau
 Hypnea cornuta  (Kόtzing) J. Agardh
 Hypnea spinella (C. Agardh) Kόtzing
 Lophocladia lallemandii  (Montagne) F. Schmitz
 Sarconema scinaioides  Borgesen
 Stypopodium schimperi (Buchinger ex Kόtzing) Verlaque et Boudouresque
 Womersleyella setacea  (Hollenberg) R.E. Norris

και το θαλάσσιο αγγειόσπερμο: Halophila stipulacea (Forsskal) Ascherson

Τις τελευταίες δεκαετίες παρατηρείται αύξηση των αλλόχθονων ειδών, κυρίως σε Ευρωπαϊκές ακτές. Μέχρι στιγμής στη Μεσόγειο έχουν καταγραφεί περισσότερα από 110 τάξα αλλόχθονων μακροφύτων τα περισσότερα από τα οποία προέρχονται  από τον Ινδο-Ειρηνικό ωκεανό και καταλήγουν στη Μεσόγειο μέσω της διώρυγας του Σουέζ. Γι’ αυτό ευθύνονται οι εντατικές ανθρώπινες δραστηριότητες στο θαλάσσιο περιβάλλον (ναυσιπλοΐα, υδατοκαλλιέργειες, αλιεία, τουρισμός, κλπ.) από το 1960.

Η μεγαλύτερη εξάπλωση παρατηρήθηκε στο Asparagopsis taxiformis ένα ροδοφύκος με ετερομορφικό διπλοβιοτικό κύκλο ζωής, που βρέθηκε πρόσφατα στην Ελλάδα αλλά από τότε έχει εξαπλωθεί γρήγορα κυρίως στο νότιο Αιγαίο. Συναντάται συχνά σε ρηχά βραχώδη υποστρώματα. Η Caulerpa racemosa var. cylindracea  είναι μέχρι τώρα το πιο σύνηθες αλλόχθονο μακρόφυτο παρουσιάζοντας μεγάλη εξάπλωση κατά μήκος των Ελληνικών ακτών. Προέρχεται από τη νοτιοδυτική Αυστραλία και απαντάται σε ποικίλα υποστρώματα ξεκινώντας από ρηχά ύδατα μέχρι βάθος 40 μέτρων. Παρουσιάζει μεγάλη αφθονία κοντά σε λιμάνια. Το συγγενικό είδος Caulerpa racemosa var. lamourouxii έχει περιορισμένη κατανομή κυρίως στο Ιόνιο. Οι πληθυσμοί του Codium fragile subsp. fragile είναι περιορισμένοι στην Ελλάδα και παρουσιάζουν αφθονία κοντά σε λιμάνια και μολυσμένες περιοχές. Το τροπικό ροδοφύκος Hypnea spinella παρουσιάζει περιορισμένη κατανομή με μικρή αφθονία και συναντάται κυρίως σε λιμάνια. Αντίστοιχα το είδος Hypnea cornuta απαντάται πολύ σπάνια στην Ελλάδα (έχει εντοπιστεί μόνο δυο φορές στο Αιγαίο). Ο λεσσεψιανός μετανάστης, το θαλάσσιο αγγειόσπερμο Halophila stipulacea παρουσιάζει μεγάλη εξάπλωση στην Ελλάδα, ωστόσο απουσιάζει από το βόρειο Αιγαίο, πιθανόν λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας του νερού. Μπορεί να βρεθεί σε αμμώδη υποστρώματα σε ποικίλα βάθη, συνήθως μαζί με το αυτόχθονο αγγειόσπερμο Cymodocea nodosa (Ucria). Το λεσσεψιανό ροδοφύκος Lophocladia lallemandii, έχει εξαπλωθεί αρκετά τα τελευταία χρόνια σε Ελληνικές ακτές, κυρίως στο νότιο Αιγαίο. Συνήθως συναντάται σαν επίφυτο κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού σε μεγάλα βάθη. Το μακροφύκος Stypopodium schimperi, ένας άλλος λεσσεψιανός μετανάστης φαίνεται πως έχει μεγάλη εξάπλωση στο Αιγαίο τα τελευταία χρόνια, φανερώνοντας μια σταδιακή μετανάστευση από την ανατολική προς τη δυτική Μεσόγειο. Αναπτύσσεται σε βραχώδεις βυθούς. Το φύκος Antithamnionella elegans εντοπίστηκε στην Ελλάδα μόνο τρεις φορές: μία στο Ιόνιο και δυο φορές στο Αιγαίο,  κοντά σε πλεούμενα ανακλώντας την πιθανή διασπορά του είδους με vegetative propagation. Επιπλέον, το λεσσεψιανό ροδοφύκος Sarconema scinaioides, το οποίο εμφανίστηκε μόνο στο Σαρωνικό κόλπο στις αρχές της δεκαετίας του '80  επανεμφανίστηκε στην ίδια τοποθεσία μετά από τριάντα περίπου χρόνια, το 2008. Αυτό αποκαλύπτει έναν εγκαθιδρυμένο πληθυσμό στην περιοχή που συνεχίζει να επιβιώνει μετά από τρεις δεκαετίες. Τέλος, το ροδοφύκος του Ινδο-Ειρηνικού Womersleyella setacea που βρέθηκε σε πολλές τοποθεσίες και στο Αιγαίο και στο Ιόνιο πέλαγος, φαίνεται πως έχει εγκατασταθεί μόνιμα στην Ελλάδα από το 2007. Συναντάται συνήθως σε βάθος αρκετών μέτρων.

Το 90% των αλλόχθονων μακροφύτων εντοπίζονται στο νότιο Αιγαίο και πολλά από αυτά εμφανίζονται και στο Σαρωνικό κόλπο. Περισσότερες καταγραφές αυτών των πληθυσμών προέρχονται από το νότιο Αιγαίο και  λιγότερες από το βόρειο Αιγαίο. Αυτό υποδεικνύει το ρόλο που διαδραματίζει το λιμάνι του Πειραιά (ως το μεγαλύτερο λιμάνι της Ελλάδας) στην εισαγωγή ειδών μέσω της ναυσιπλοΐας, όπως και το νότιο Αιγαίο που αποτελεί μέρος της διαδρομής των λεσσεψιανών μεταναστών. Ο αριθμός των αλλόχθονων ειδών μειώνεται προς τα δυτικά αφού μόνο το 66% εντοπίζεται στο Ιόνιο. Μέχρι τώρα στην Ελλάδα δεν έχει αποδειχθεί επιστημονικά ότι τα αλλόχθονα είδη μακροφύτων επιδρούν αρνητικά στις ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η αλιεία και ο τουρισμός.

Φαρμακευτικές ιδιότητες μακροφύκων 
Τα θαλάσσια μακροφύκη ως κύριοι πρωτογενείς παραγωγοί δέχονται στο θαλάσσιο περιβάλλον βιοτικές (π.χ άμυνα ενάντια σε ιούς, βακτήρια και μύκητες) και αβιοτικές καταπονήσεις (π.χ. θερμοκρασία, αλατότητα, ακτινοβολία, τοξικές ουσίες). Έτσι, παράγουν δευτερογενείς μεταβολίτες όπως φαινολικές ενώσεις, βιταμίνες, στερόλες και άλλους βιοδραστικούς παράγοντες .   

Οι μηχανισμοί παραγωγής των παραπάνω ουσιών και δευτερογενών μεταβολιτών αξιοποιούνται συχνά για την παραγωγή αντιβακτηριακών, αντι-ιικών, αντιμυκητιακών, αντιδιαβητικών και αντικαρκινικών φαρμακευτικών σκευασμάτων, συμπληρωμάτων διατροφής, προϊόντων αντηλιακής προστασίας και αντιγηραντικής δράσης. Τα ερυθροφύκη συχνά αξιοποιούνται σε φαρμακευτικά σκευάσματα, τα χλωροφύκη σε αντιγηραντικά, αντηλιακά και άλλα σκευάσματα κοσμετολογίας και τα φαιοφύκη σε τρόφιμα και συμπληρώματα διατροφής. 

Τα θαλάσσια ροδοφύκη και τα χλωροφύκη, περιέχουν  μεγαλύτερη ποσότητα φαινολικών ενώσεων από τα φαιοφύκη όπως φλαβονοειδή, φαινολικά οξέα και βρωμοφαινόλες. Η αντίδραση αυτών των συστατικών με διάφορες πρωτεΐνες όπως ένζυμα, κυτταρικούς υποδοχείς, τα καθιστά απαραίτητα για διάφορες θεραπείες. Σε αντίθεση με  τις φλωροταννίνες, οι οποίες είναι οι κύριες πολυφαινολικές δευτερογενείς ενώσεις που συντίθενται μόνο από τα  φαιοφύκη και έχουν ποικίλες βιολογικές και βιομηχανικές εφαρμογές . Τα χημικά συστατικά των φυκών διαφέρουν ανάλογα με το είδος, το στάδιο ανάπτυξης και το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται π.χ η θερμοκρασία του νερού, η ένταση του φωτός και οι συγκεντρώσεις των θρεπτικών συστατικών.   

Τα μακροφύκη έχουν αντιικές ιδιότητες εμποδίζοντας την εξάπλωση διαφόρων ιών όπως του ιού HIV, του ιού του απλού έρπητα (HSV) και άλλων σεξουαλικών μεταδιδόμενων ιών . Οι θειϊκοί πολυσακχαρίτες «SPs» και οι φαινολικές ενώσεις από τα μακροφύκη έχουν καλύτερη αντιϊκη δράση από άλλες βιοδραστικές ουσίες αποτρέποντας την προσκόλληση του ιού (δοκιμασία ταυτόχρονης θεραπείας) και την αντιγραφή του (δοκιμασία μετά τη θεραπεία). Για την αντιμετώπιση των ιογενών ασθενειών, οι πολυσακχαρίτες των μακροφυκών εστιάζουν στη φάση προσκόλλησης του ιού μέσω άμεσης σύνδεσης με τα ιοσωμάτια ή μέσω σύνδεσης με τους αντίστοιχους πρωτεϊνικούς υποδοχείς και στους ανοσοτροποποιητές που ενεργοποιούν τα κύτταρα φυσικών φονέων  (ΝΚ) ή προκαλούν ανοσολογικές αποκρίσεις . 

Οι πολυσακχαρίτες των μακροφυκών χαρακτηρίζονται από αντιφλεγμονώδη δράση. Σύμφωνα με πειράματα σε ποντίκια, μετά από χορήγηση πολυσακχαριτών του ροδοφύκους Gracilaria verrucosa, παρατηρήθηκε ενδοπεριτοναϊκή  αύξηση των αντιφλεγμονώδη και αντιοξειδωτικών διεργασιών καθώς και της φαγοκυττάρωσης.  Η αντιφλεγμονώδης δραστηριότητα, επιτυγχάνεται από την αναστολή της ισταμίνης, την μετανάστευση των ουδετερόφιλων και την αγγειακή διαπερατότητα. Οι φυκοβιλλιπρωτείνες, όπως R-φυκοερυθρίνη,  εμφανίζουν αντιφλεγμονώδεις ικανότητες,  προέρχονται από τα περισσότερα ροδοφύκη όπως τα Gelidium pusillum, Chondrus crispus, Gracilaria verrucosa, και  χρησιμοποιούνται στο εμπόριο για την θεραπευτική τους αξία. Τέλος, αντιθρομβωτικές και αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες εμφανίζουν τα πολυακόρεστα λιπαρά οξέα (PUFA) των ροδοφύκων . 

Τα ερυθροφύκη είναι γνωστά στη φαρμακευτική βιομηχανία, για τους θειϊκούς πολυσακχαρίτες που εξάγονται από αυτά, οι οποίοι όχι μόνο είναι οικονομικότεροι αλλά έχουν και αξιοσημείωτη αντι-ιϊκή δράση μεταξύ πολλών άλλων βιοδραστικών παραγόντων. Το ερυθροφύκος Chondrus crispus αποτελεί εξαιρετική πηγή καραγενάνης, που εμφανίζει αντι-ιϊκή δράση, ιδιαίτερα έναντι του ιού της γρίπης τύπου Β και του ιού της παρωτίτιδας. Δύο άλλοι θειικοί πολυσακχαρίτες των ερυθροφύκων, το άγαρ και η αγαρόζη χρησιμοποιούνται επίσης ως αντι-ιϊκοί παράγοντες για την παραγωγή ιντερφερόνης, που βελτιώνει τη δράση των Β- και Τ-λεμφοκκυτάρων του ανοσοποιητικού συστήματος. Έχει επιπλέον ανιχνευθεί και αξιολογηθεί ως σημαντική η δράση της θειικής γαλακτάνης που αποσπάται από το είδος Agardhiella tenera και ορισμένων υδατοδιαλυτών πολυσακχαριτών των ειδών Sphaerococcus coronopifolius και Boergesen thuyoides στην αντιμετώπιση άλλων πολύ γνωστών ιών όπως ο HIV, ο HSV-1 και HSV-2. 

Η αντιβιοτική δράση των θαλάσσιων μακροφύκων έγκειται στην παραγωγή ουσιών, όπως φλωροταννίνες, πολυσακχαρίτες και πεπτίδια που τα προστατεύουν από τη μόλυνση από βακτήρια ή μύκητες του φυσικού τους περιβάλλοντος. Ένα παράδειγμα είναι το πεπτίδιο κααλαλίδη F (kahalalide F) και το πεπτίδιο κααλαλίδη Α (kahalalide A) από το ροδοφύκος Bryopsis sp. που εμφανίζουν αντιβακτηριακή δράση  έναντι του βακτηρίου Mycobacterium tuberculosis. Επίσης, βρέθηκε ότι το εκχύλισμα μεθανόλη από τα είδη Corallina officinalis, Cystoseira barbata, Dictyota dichotoma, Halopteris filicina, Cladostephus spongiosus και Ulva rigida είναι αποτελεσματικό στο έλεγχο της ανάπτυξης Gram+ (Staphylococcus aureus, Micrococcus luteus, Enteroccus faecalis) και Gram- (Enterobacter aerogenes, Escherichia coli) βακτηρίων. Το εκχύλισμα ακατέργαστης μεθανόλης του είδους Acanthaphora spicifera εμφάνισε και αυτό αντιβακτηριακή δράση έναντι των E. coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa και Bacillus palmitus και επιπλέον, αντιμυκητιακή δράση έναντι των C. Albicans, Aspergillus niger και Microsporum gypseum. 

Όσον αφορά την αντικαρκινική τους δράση, τα μακροφύκη περιέχουν σημαντικές ποσότητες ενεργών πολυσακχαριτών(PSs). Πιο συγκεκριμένα, τα φαιοφύκη παράγουν μία κατηγορία αυτών των πολυσακχαριτών, τα φουκοειδή. Πειραματικές έρευνες, in vivo και in vitro έδειξαν ότι το εκχύλισμα φουκοειδών από το είδους Laminaria guryanovae παρουσιάζει αντικαρκινικές και αντιμεταστατικές ιδιότητες. Σε άλλη πειραματική διαδικασία, φουκοειδή του είδους Undaria pinnatifida χρησιμοποιήθηκαν σε ποσοστό 1% στην τροφή πειραματικών ποντικών με καρκινικό όγκο και σημειώθηκε μείωση του όγκου σε ποσοστό 65.4% του αρχικού όγκου. Μια ακόμη ομάδα μοριακών ουσιών, οι φλωροταννίνες, έδειξαν αντικαρκινική δράση: η διοξινοδεϋδροεκόλη που απομονώθηκε από το είδος E. Cava εμφάνισε θετικά αποτελέσματα ενάντια στα καρκινικά κύτταρα στην περίπτωση καρκίνου του μαστού στον άνθρωπο, ενώ φλωροταννίνες που απομονώθηκαν από το είδος Laminaria japonica δείχνουν αντιπολλαπασιαστική δραστηριότητα σε καρκινικές σειρές υπατοκυτταρικού καρκινόματος και λευχαιμίας. Τέλος, η φουκοξανθίνη και η ασταξανθίνη (AX) της οικογένειας των καροτενοειδών, καθώς και δομικά οξέα PSs που αποσπάστηκαν από τα είδη του γένους Ulva (ulvans) εμφανίζουν αντιοξειδωτική δράση που συμβάλλει στον έλεγχο της εξέλιξης ορισμένων τύπων καρκίνου στον άνθρωπο. 

Σε κάποιες περιπτώσεις φαρμακευτικά σκευάσματα μπορεί να περιέχουν συνδυασμό δύο ειδών μακροφύκων. Γνωστή περίπτωση αποτελεί η πατέντα για την αντιμετώπιση του διαβήτη τύπου 2, η οποία περιλαμβάνει τα φαιοφύκη Fucus vesiculosus ή Ascophylum nodosum και τα χλωροφύκη Cladophora sp., Monostroma sp., Ulva compressa (πρώην Enteromorpha compressa) και Codium sp.. Ωστόσο, έρευνα των Celikler et al. (2009) έδειξε ότι το χλωροφύκος Ulva rigida έχει προοπτικές να αξιοποιηθεί και μεμονωμένα για αυτό το σκοπό. Χορήγηση αιθανόλης από αυτό το είδος σε διαβητικά ποντίκια έδειξε ικανοποιητικό έλεγχο των επιπέδων ινσουλίνης κάτι το οποίο προτείνει την αντιγλυκεμική και αντιδιαβητική του δράση.  

Σήμερα, οι ανάγκες για  την παραγωγή καλλυντικών από φυσικά συστατικά έχουν αυξηθεί. Κάποια από τα βασικά ενεργά φυσικά συστατικά που χρησιμοποιούνται  προέρχονται από τα θαλάσσια μακροφύκη, αφού είναι μια από τις πιο άφθονες πηγές βιταμινών, μετάλλων, αμινοξέων, αντιοξειδωτικών και  λιπαρών οξέων . Επίσης, λόγω της φύσης τους, παρέχουν πολλά οφέλη συνεισφέροντας στην μείωση εμφάνισης ερυθρότητας και κηλίδων, λάμψη, ενυδάτωση, αναζωογόνηση και σύσφιξη του δέρματος . Μπορούν να χρησιμοποιηθούν με διάφορους τρόπους είτε ως εκχυλίσματα φυκών είτε μετά από αποξήρανση και λειοτρίβηση, σε θεραπείες κατά της γήρανσης και σε προϊόντα περιποίησης του δέρματος, όπως κρέμες απολέπισης, μάσκες προσώπου και σαπούνια . Για παράδειγμα, εκχύλισμα του μακροφύκους  Caulerpa Lentilifera. πλούσιο σε ακόρεστα λιπαρά οξέα, βιταμίνη Α και C χαρακτηρίζεται από ενυδατικές, αντιγηραντικές και λευκαντικές ιδιότητες σε προϊόντα μαλλιών και δέρματος .

Τέλος, σε πολλές Ασιατικές χώρες, κυρίως στην Κίνα και την Ιαπωνία, περισσότερα από 600 είδη θαλάσσιων μακροφύκων, μεταξύ των οποίων τα Laminaria spp., Undaria pinnatifida και Sargassum fusiforme, αποτελούν μέρος του διαιτολογίου των λαών, λόγω των χαμηλών ποσοτήτων σε θερμίδες, της αντιοξειδωτικής δράσης και της υψηλής περιεκτικότητας σε ωφέλιμες για τον άνθρωπο ουσίες. Τα συμπληρώματα διατροφής με θαλάσσια μακροφύκη που κυκλοφορούν στην αγορά περιέχουν εκχύλισμα μακροφυκών ή μακροφύκη σε μορφή σκόνης. Η χρήση τους σε αυτά τα σκευάσματα έγκειται κυρίως στις υψηλές συγκεντρώσεις που φέρουν σε ιχνοστοιχεία (χαλκό, ψευδάργυρο, σίδηρο, σελήνιο κ.α.), ω-3 λιπαρά οξέα, βιταμίνες (C, B1, B6, B12) και φυτικές ίνες.

Παραγωγή Βιοκαύσιμου από Θαλάσσια μακρόφυτα 
       Η παραγωγή βιοκαυσίμων από θαλάσσια μακρόφυτα αποτελεί μια από τις ανανεώσιμες για παραγωγή ενέργειας .  Το γεγονός ότι ο οικότοπος των θαλάσσιων μακρόφυτων δεν ταυτίζεται με εκείνο των χερσαίων φυτών, έχει ως αποτέλεσμα οι καλλιέργειες των μακροφύτων να μην επηρεάζουν την ανάπτυξη των καλλιεργούμενων αγροτικών ειδών. Τα βιοκαύσιμα  προερχόμενα από θαλάσσια μακρόφυτα αποτελούν βιοκαύσιμα τρίτης γενιάς . Ένα από τα πλεονεκτήματα χρήσης των θαλάσσιων μακρόφυτων στην παραγωγή βιοκαυσίμων είναι ο ταχύς ρυθμός ανάπτυξής τους, ο οποίος είναι δεκαπλάσιος του ρυθμού ανάπτυξης των χερσαίων φυτών.  Επιπλέον, ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η εύκολη συγκομιδή της βιομάζας τους, καθώς αυτή μπορεί να γίνει και χειρονακτικά .  Η σύσταση τους ευνοεί την χρήση τους, καθώς περιέχουν μεγάλο ποσοστό υδατανθράκων και μικρό ποσοστό λιγνίνης. Το μικρό ποσοστό περιεκτικότητας σε λιγνίνη  καθιστά ευκολότερη την αποσύνθεσή τους για την παραγωγή βιοκαυσίμων.  Η ποικιλότητα των ειδών των θαλάσσιων μακρόφυτων  και κατά συνέπεια οι διαφορές ως προς την περιεκτικότητά τους σε υδατάνθρακες και λιπίδια  δίνει τη δυνατότητα παραγωγής διαφορετικών ειδών βιοκαυσίμων, όπως βιοαιθανόλη, βιοαέριο και βιοντίζελ . Η διαδικασία παραγωγής βιοκαυσίμων ξεκινάει με την καλλιέργεια των μακροφυκών στο ενδιαίτημα τους και ακολουθούν διαδικασίες μετατροπής τους σε βιοκαύσιμα. Αυτές διακρίνονται σε θερμοχημικές και μικροβιολογικές. Επίσης, έχει χρησιμοποιηθεί βιομάζα θαλάσσιων μακρόφυτων και για καύση, αν και δεν είναι ευρέως αποδεκτό λόγω της παραγωγής μεγάλης ποσότητας τέφρας .

    Μια καινοτόμος προσέγγιση στο θέμα της παραγωγής βιοκαύσiμου με τη χρήση θαλάσσιων μακροφύτων είναι η χρησιμοποίηση νανοσωματιδίων. Η χρήσης τους έχει γίνει σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στο πλαίσιο της περιβαλλοντικής προστασίας. Στον τομέα της παραγωγής βιοκαύσιμου  χρησιμοποιούνται, για να βελτιώσουν την απόδοση της  η αναερόβια ζύμωση, κομβικής σημασίας στην παραγωγή βιοαεριού και μεθανίου. Συγκεκριμένα, τα νανοσωματίδια που περιέχουν ιόντα νικελίου, κοβαλτίου και σιδήρου, τα οποία είναι απαραίτητα στη δραστικότητα ενζύμων της αναερόβιας ζύμωσης μπορούν να αυξήσουν την παραγωγή βιομάζας των θαλάσσιων μακρόφυτων  μέχρι και στο διπλάσιο.  Πρέπει να σημειωθεί ότι το σχήμα και το μέγεθος των νανοσωματιδίων παίζει σημαντικό ρόλο στην διαδικασία αυτή. Η εφαρμογή τους σε αυτόν τον τομέα έχει ως απώτερο σκοπό να επιτευχθεί η μέγιστη απόδοση στην  παραγωγή βιοενέργειας από θαλάσσια μακρόφυτα τα οποία έχουν υψηλή σύσταση σε λιγνίνη και κυτταρίνη, χαμηλά επίπεδα αζώτου, αυξημένες απαιτήσεις σε φωτεινή ενέργεια .

Χρήση μακροφυκών στη διατροφή 
Σε πολλές παραδόσεις, ιδίως στη Νοτιοανατολική Ασία, τα θαλάσσια μακροφύκη θεωρούνται εδώ και χιλιετίες ως πολύτιμα θαλασσινά λαχανικά . Η γεύση ουμάμι, που έχει περιγραφεί ως «η ουσία της νοστιμιάς», ανακαλύφθηκε, πριν έναν αιώνα, στην Ιαπωνία και είναι εκχύλισμα γλουταμινικού οξέως προερχόμενο από το ντάσι, έναν ιαπωνικό ζωμό που παρασκευάζεται από το θαλάσσιο φαιοφύκος Saccharina japonica (κοινή ονομασία «konbu») . Τα τελευταία χρόνια, εξαιτίας της μοναδικής τους γεύσης, της πληθώρας των γαστρονομικών τους δυνατοτήτων και κυρίως των ιδιοτήτων τους για την υγεία, τοπικές κουζίνες μακροφυκών σε ολόκληρο τον κόσμο γίνονται όλο και περισσότερο δημοφιλείς .

Ίσως ο σπουδαιότερος λόγος αναζωπύρωσης του ενδιαφέροντος, τα τελευταία χρόνια, όσον αφορά στη χρήση των θαλάσσιων μακροφυκών στην διατροφή, να είναι η αξιοποίηση τους στη βιομηχανία λειτουργικών τροφίμων , δηλαδή τροφίμων με ικανά επίπεδα βιοενεργών συστατικών που παρέχουν πλεονεκτήματα για την υγεία και επιθυμητά φυσιολογικά αποτελέσματα πέραν της βασικής διατροφής . Κύρια βιοενεργά συστατικά που περιέχονται στα θαλάσσια μακροφύκη και αποδίδουν αντιοξειδωτικές, αντιφλεγμονώδεις, αντικαρκινικές και αντιδιαβητικές ιδιότητες είναι οι πολυφαινόλες, οι πολυσακχαρίτες και οι στερόλες .

Ο πληθυσμός της Γης συνεχώς αυξάνεται, και κατά συνέπεια είναι σημαντικό να συνεχιστεί η παραγωγή τροφής με τρόπο που να παρέχει πλούσια θρεπτικά συστατικά και να παράγεται σε επαρκή ποσότητα ώστε να καλύπτει τις παγκόσμιες ανάγκες . Η βιομάζα των θαλάσσιων μακροφυκών θεωρείται κατάλληλη μελλοντική πηγή, παρουσιάζοντας πλεονεκτήματα έναντι της χερσαίας βιομάζας, λόγω των μηδενικών απαιτήσεων γλυκού νερού και χερσαίων εκτάσεων για την καλλιέργειά τους, του υψηλού ρυθμού ανάπτυξής τους, του περιεχομένου τους σε πολύτιμα βιοενεργά συστατικά και της δυνατότητας εξυγίανσης αστικών και γεωργικών λυμάτων .

Η βιομηχανία θαλάσσιων μακροφυκών είναι μια επιχείρηση πολλών δισεκατομμυρίων λόγω της πληθώρας προϊόντων που μπορούν να εξαχθούν από αυτήν, συμπεριλαμβανομένων πολύτιμων εκχυλισμάτων, όπως υδροκολλοειδή και χρωστικές τροφίμων. Η καραγενάνη, το άγαρ και το αλγινικό οξύ είναι υδροκολλοειδή υδατανθράκων που προέρχονται από μακροφύκη, τα οποία χρησιμοποιούνται σε τρόφιμα, και φαρμακευτικές και βιοτεχνολογικές εφαρμογές λόγω των μοναδικών ζελατινοποιητικών τους ιδιοτήτων. Τα θαλάσσια ροδοφύκη του γένους Kappaphycus και Eucheuma είναι βασικές εμπορικές πηγές καραγενάνης, είδη των γενών Gracilaria και Gelidium είναι οι κύριες πηγές άγαρ και τα θαλάσσια φαιοφύκη των γενών Laminaria και Macrocystis είναι οι, επί του παρόντος, κύριες πηγές αλγινικού οξέως . Επίσης, η βιομηχανία τροφίμων και ποτών χρησιμοποιεί χρωστικές από εκχυλίσματα μακροφυκών (όπως χλωροφύλλη, καροτενοειδή και ξανθοφύλλες) προκειμένου να επιτύχει πιο ελκυστική όψη στα προϊόντα της. Προφανώς, κατά την πρακτική αυτή, τα προϊόντα αποκτούν και τα πολύτιμα, για την υγεία, οφέλη της εκάστοτε χρωστικής .

Παρόλο που τα περισσότερα είδη θαλάσσιων μακροφυκών θεωρούνται βρώσιμα , ερευνητές επισημαίνουν ότι εξακολουθεί να υπάρχει έλλειψη προσοχής όσον αφορά στις τοξικολογικές δράσεις τους. Συγκεκριμένα, επειδή αυτά μπορεί, φυσιολογικά, να περιέχουν ίχνη τοξικών χημικών ουσιών ή και να έχουν απορροφήσει τοξικές ουσίες από επιφυτικά βακτήρια, ανθίσεις μικροφυκών ή και βαρέα μέταλλα από το θαλασσινό νερό, οι ερευνητές καταλήγουν ότι υπάρχει επιτακτική ανάγκη ευαισθητοποίησης των καταναλωτών αλλά και ρύθμισης ορίων ασφαλούς κατανάλωσης .

Χρήση μακροφυκών για την εξυγίανση λυμάτων 
Τα θαλάσσια μακροφύκη είναι φωτοαυτότροφοι οργανισμοί με υψηλή μορφολογική και λειτουργική ποικιλομορφία λόγω της μεγάλης διάρκειας εξέλιξής τους στη Γη, ξεκινώντας  πριν από περίπου  1500 εκατομμύρια χρόνια. Το μέγεθός τους κυμαίνεται από λίγα εκατοστά έως 30m, όπως για παράδειγμα το Macrocystis pyrifera. Ο ρόλος που διαδραματίζουν βασίζεται, μεταξύ άλλων, στην ικανότητα πρόσληψης διαλυμένων θρεπτικών ουσιών και μεταλλικών ιόντων, λόγω της παρουσίας αρνητικά φορτισμένων λειτουργικών δομικών ομάδων στα κυτταρικά τους τοιχώματα (πχ καρβοξυλικές, φωσφορικές . Τα μακροφύκη χρησιμοποιούνται με μεγάλη αποτελεσματικότητα για την αποκατάσταση των υδάτων ρυπασμένων από ρύπους προερχόμενους από γεωργικές καλλιέργειες, αστικά λύματα και λύματα από ιχθυοκαλλιέργειες .

Θαλάσσια μακροφύκη προερχόμενα από καλλιέργειες, όπως είδη των γενών Ulva, Gracilaria, Codium, Gracilariopsis, Palmaria, Hypnea, Chondrus, Kappaphycus, Porphyra, Falkenbergia, Hydropuna ή Laminaria έχουν αξιολογηθεί ως βιοφίλτρα για λύματα που περιέχουν διαλυμένα θρεπτικά συστατικά, κυρίως αμμώνιο. Η ικανότητα τους αυτή ως βιοφίλτρα και ως ανακυκλωτές διαλυμένων θρεπτικών ουσιών τα καθιστούν πολύ χρήσιμα στην εξυγίανση συστημάτων υδατοκαλλιέργειας. Ακόμη πολλά μακροφύκη παρουσιάζουν αντιμικροβιακές ιδιότητες, γεγονός που συμβάλει στην εξυγίανση των λυμάτων .

Απειλές για την ποιότητα των υδάτων είναι η παρουσία μετάλλων και μεταλλοειδών, που απελευθερώνονται άμεσα ή έμμεσα από ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως εξόρυξη, παραγωγή καυσίμων και ενέργειας, χρήση φυτοφαρμάκων και λιπασμάτων, μεταλλουργία επιμετάλλωση, επεξεργασία δέρματος, βιομηχανία χαρτιού. Συγκεκριμένα, το αρσενικό, ο μόλυβδος, ο υδράργυρος και το κάδμιο που προέρχονται από τις δραστηριότητες αυτές είναι τοξικά ακόμα και σε πολύ χαμηλά επίπεδα. Έτσι, τα μακροφύκη αφαιρούν αποτελεσματικά τα τοξικά μέταλλα (π.χ. αρσενικό, κάδμιο, χρώμιο, κοβάλτιο, χαλκό, μόλυβδο, υδράργυρο, νικέλιο, ψευδάργυρο)  αλλά και οργανικές ενώσεις (π.χ. DDT, PCBs) από λύματα που περιέχουν τα στοιχεία αυτά. Η αποτελεσματική απομάκρυνση των τοξικών μεταλλικών ιόντων από τα λύματα εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως το είδος και το μέγεθος του οργανισμού που χρησιμοποιείται, αλλά και παράμετροι των λυμάτων πχ. το pH του διαλύματος προς επεξεργασία, η συγκέντρωση των μεταλλικών ιόντων στο διάλυμα, η θερμοκρασία, ο χρόνος επεξεργασίας, η παρουσία ανταγωνιστικών ιόντων κ.α. Επίσης, τα Χλωροφύκη, Ulva clathrata, Cladophora parriaudii, C. coelothrx και ροδοφύκη Porphyra sp. χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία λυμάτων που περιέχουν θρεπτικές ενώσεις . Χλωροφύκη που χαρακτηρίζονται από γρήγορο ρυθμό ανάπτυξης και ευρύ φάσμα περιβαλλοντικής προσαρμογής ,έχουν μεγάλη πλαστικότητα και χρησιμοποιούνται για την απορρόφηση άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου. Τα ροδοφύκη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εξυγίανση λυμάτων υδατοκαλλιεργειών , καθώς έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε άζωτο, λόγω των φωτοσυνθετικών χρωστικών τους (φυκοβιλλιπρωτείνες που περιέχουν N) και των υψηλών επιπέδων σε πρωτείνες. Ορισμένα είδη ροδοφυκών (π.χ. Gracilaria sp.) έχουν υψηλή απόδοση εξυγίανσης συστημάτων υδατοκαλλιεργειών .

Παραπομπές

Βιβλιογραφία

Abeer M. Salama1  · E. A. Helmy2 · Tarek M. Abd El‑ghany3  · Magdah Ganash Nickel Oxide Nanoparticles Application for Enhancing Biogas Production Using Certain Wastewater Bacteria and Aquatic Macrophytes Biomass,  3 July 2020 © Springer Nature B.V. 2020
Adriana Leandro, Leonel Pereira and Ana M. M. Gonçalves, Diverse Applications of Marine Macroalgae, Marine drugs 2020, 18(1), 17; https://doi.org/10.3390/md18010017
Ana-Marija Cikoš, Igor Jerković, Maja Molnar, Drago Šubarić & Stela Jokić (2021) New trends for macroalgal natural products applications, Natural Product Research, 35:7, 1180-1191, DOI: 10.1080/14786419.2019.1644629
 A.T. Newnes, Y. Marshall, C. Grainger, M. Neal, J. Scullion, D. Gwynn-Jones,A circular economic approach to the phytoextraction of Zn from basic oxygen steelmaking filtercake using Lemna minor and CO2,Science of The Total Environment,Volume 766,2021,144256,ISSN 0048-9697,https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144256

Borines, M.G.; de Leon, R.L.; McHenry, M.P. (2011-12). «Bioethanol production from farming non-food macroalgae in Pacific island nations: Chemical constituents, bioethanol yields, and prospective species in the Philippines». Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (9): 4432–4435.
Celikler, S.; Tas, S.; Vatan, O.; Ziyanok-Ayvalik, S.; Yildiz, G.; Bilaloglu, R. Anti-hyperglycemic and antigenotoxic potential of ulva rigida ethanolic extract in the experimental diabetes mellitus. Food Chem. Toxicol. 2009, 47, 1837–1840.

Noora Barzkar, Saeid Tamadoni Jahromi, Hadi Bolooki Poorsaheli and Fabio Vianello , Metabolites from Marine Microorganisms, Micro, and Macroalgae: Immense Scope for Pharmacology, Mar. Drugs 2019, 17(8), 464; https://doi.org/10.3390/md17080464

Rather, Mushtaq & Khan, Mohammad Noor Salam & Gupta, R.. (2016). Catalytic hydrothermal carbonization of invasive macrophyte Hornwort (Ceratophyllum demersum) for production of hydrochar: a potential biofuel. International Journal of Environmental Science and Technology. 14. 10.1007/s13762-016-1227-5

Se-Kwon Kim, Noel Vinay Thomas, and Xifeng Li, Anticancer Compounds from Marine Macroalgae and Their Application as Medicinal Foods, Advances in Food and Nutrition Research, Volume 64 ISSN 1043-4526, DOI: 10.1016/B978-0-12-387669-0.00016-8

Sonil Nanda, Rachita Rana, Prakash K. Sarangi, Ajay K. Dalai, and Janusz A. Kozinsk , A Broad Introduction to First-, Second-, and Third-Generation Biofuels,Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2018 P. K. Sarangi et al. (eds.), Recent Advancements in Biofuels and Bioenergy Utilization, https://doi.org/10.1007/978-981-13-1307-3
Suutari, Milla; Leskinen, Elina; Fagerstedt, Kurt; Kuparinen, Jorma; Kuuppo, Pirjo; Blomster, Jaanika (2014-12-05). «Macroalgae in biofuel production» (στα αγγλικά). Phycological Research 63 (1): 1–18. doi:10.1111/pre.12078. ISSN 1322-0829
Wilkie, Ann & Evans, Jason. (2010). Aquatic plants: An opportunity feedstock in the age of bioenergy. Biofuels. 1. 311-321. 10.4155/BFS.10.2.

Μαλέα Π. 2012. Σημειώσεις για το μάθημα Φυκολογία. Τομέας Βοτανικής, Τμήμα Βιολογίας, ΑΠΘ
Μαλέα Π. 2007. Σημειώσεις για το μάθημα Περιβαλλοντική Φυσιολογία Φυτών. Τομέας Βοτανικής, Τμήμα Βιολογίας, ΑΠΘ.
Μαλέα, Π., 1992. Αποταμίευση μετάλλων από τα μακροφύκη και φανερόγαμα του Κόλπου των Αντικύρων (Βοιωτία). Διδακτορική διατριβή, Τμήμα Βιολογίας Α.Π.Θ., σελ. 476.

 B. Henriques, A. Teixeira, P.Figueira, A.T. Reis, J. Almeida, C. Vale, E. Pereira (2019) Simultaneous removal of trace elements from contaminated waters by living Ulva lactuca. Science of The Total Environment, 652:880-888

 S. Raikova, T. D. J. Knowles, M. J. Allen, C. J. Chuck (2019) Co-liquefaction of Macroalgae with Common Marine Plastic Pollutants, ACS Sustainable Chem. Eng.  7: 6769−6781

  F.L. Figueroa, N. Korbee, R.A. Diaz, F.A. Gomez, J. L. G. Pinchetti, F.G. Acien (2018) Growing algal biomass using wastes. Bioassays Advanced Methods and Applications, pp.199-117

 Izabela Michalak (2020) Chapter Four - The application of seaweeds in environmental biotechnology. Advances in Botanical Research, 95: 85-111

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

 https://web.archive.org/web/20200410235322/https://aquaplant.tamu.edu/
 http://aswm.org 
 http://plants.ifas.ufl.edu
Aquatic Plant Monitoring in the State of Washington

Φυκολογία
Φύκη