جلبک‌ها موجودات زنده با بیشترین کارایی
بخش اول
جلبک یا گاوآب به موجودات گیاه مانند آبی می‌گویند. جلبک‌ها گیاه نیستند بلکه از سلسله‌ی آغازیان می‌باشند. آنها نزدیک یا داخل آب زندگی می‌کنند و ریشه‌ی حقیقی ندارند.
سارا ارومیه
علم جلبک‌شناسی را فیکولوژی می‌نامند که از واژه‌ی یونانی فیکوز به معنی علف هرز دریایی آمده است. شناسایی جلبک‌ها به‌صورت علمی ظاهراً از اواسط قرن هجدهم شروع شده است.
جلبک‌ها گروهی از موجودات هستند که همانند گیاهان از نور خورشید، آب و دی اکسید کربن، مواد مختلفی را می‌سازند و در اصطلاح علمی به آنها فتوتروف می‌گویند. این موجودات برخلاف گیاهان ساختارهای بافتی و تمایز یافته پیشرفته نداشته و از انواع تک سلولی با اندازه چند میکرومتر تا انواع پرسلولی تا اندازه‌ی بیش از ۵۰ متر متغیرند. جلبک‌ها فاقد بافت‌های حقیقی همچون ریشه، برگ و ساقه هستند و آنچه در علف‌های دریایی دیده می‌شود در حقیقت شبه برگ، شبه ریشه و شبه ساقه است که ازنظر ساختار بافتی اندام‌های حقیقی به‌حساب نمی‌آیند.
جلبک در صنایعی همچون صنایع غذایی، بهداشت و سلامت، شیلات، صنایع سوخت‌های تجدیدپذیر و بسیاری از شاخه‌های دیگر کاربرد دارد.
محل رویش جلبک
در سطح خاک‌های مرطوب تعداد بسیار زیادی جلبک یافت می‌شود. بخش‌های هوایی درختان و همچنین سنگ‌ها و صخره‌ها محل‌های دیگری هستند که جلبک‌ها می‌توانند بر روی آنها رشد کنند. بعضی از جلبک‌ها می‌توانند در محیط‌های غیرمعمولی، مثل دریاچه‌های نمک، چشمه‌های آب گرم و یخچال‌های طبیعی و حتی در درون بدن و بافت‌های موجودات زنده زیست کنند.
تخمین زده می‌شود که بیش از ۳۰۰ هزار سویه جلبک در جهان وجود دارد اما از این تعداد سویه‌ها تعداد کمی جداسازی و شناسایی شده است و میزان سویه‌های شناسایی شده به بیش از ۱۰ هزار سویه نمی‌رسد. جلبک‌ها به دلیل ساختاری ساده و قابلیت استفاده از منابع مختلف جهت رشد و تکثیر اهمیت بسزایی دارند.
ویژگی منحصربه‌فرد جلبک‌ها نسبت به دیگر موجودات زنده
- این موجودات می‌توانند مواد مختلف شامل متابولیت‌های اولیه و متابولیت‌های ثانویه را به میزان زیاد تولید و در خود ذخیره نمایند. میزان ذخایر این مواد در جلبک‌ها به‌طور شگفت‌انگیزی زیاد است. برای مثال یک جلبک می‌تواند گاهی تا بیش از ۹۰ درصد حجم سلولی خود را از روغن و چربی پر نماید این در حالی است که میزان روغن در دانه‌های روغنی بسیار کمتر از این مقدار است.
- نیاز به منابع آب شیرین ندارند.
- نیاز به خاک حاصل خیز برای کشت ندارند.
- می‌توان به‌صورت افقی آنها را کشت کرد و نیاز به زمین‌های مسطح وسیع ندارند.
- دوره‌ی کشت آنها نهایتاً ۱۴ روز است و نیاز به انتظار طولانی ندارند.
- برای محصول نیاز به میوه‌دهی نداشته و سریع محصول مورد نظر را عرضه می‌نمایند.
انواع جلبک
جاندارانی که تحت نام کلی جلبک طبقه‌بندی می‌شوند در حقیقت گروه وسیع و متنوعی از موجودات زنده عموماً فتوسنتز کننده را تشکیل می‌دهند که ازنظر شکل، فیزیولوژی و زیستگاه طبیعی تفاوت‌های چشمگیری با یکدیگر دارند.
١-ریزجلبک‌ها
ریزجلبک‌ها موجودات تک‌سلولی میکروسکوپی هستند که می‌توانند از طریق فتوسنتز، انرژی خورشیدی را به انرژی شیمیایی تبدیل کنند. آنها حاوی ترکیبات زیستی متعددی هستند که برای استفاده‌ی تجاری مورد توجه قرار گرفته است. اندازه‌ی ریز جلبک‌ها از حد چند میکرون فراتر نمی‌رود، در حالی که طول برخی از جلبک‌های ماکروسکوپی به بیش از ۶۶ متر می‌رسد و از سوی دیگر، به دلیل تنوع تکاملی که طی میلیون‌ها سال حاصل شده است جلبک‌ها قادرند در زیستگاه‌های بسیار متنوع ازلحاظ دما (مناطق قطبی تا چشمه‌های آب گرم) و شدت نور تابشی رشد کنند.
ریزجلبک‌ها، نخستین گیاهان عالی تولید کننده‌ی اکسیژن - فرآیندی که منجر به پیدایش اتمسفر می‌شود - هستند. علاوه بر این جلبک‌ها مهم‌ترین مصرف‌کنندگان دی‌اکسید کربن و نیز نخستین سطح از زنجیره غذایی اکوسیستم‌های آبی را تشکیل می‌دهند. از ریزجلبک‌ها می‌توان برای تولید گسترده‌ای از متابولیت‌ها مانند پروتئین، چربی، کربوهیدرات، کارتنوئیدها و یا ویتامین‌ها برای سلامت، تغذیه و مواد افزودنی، مواد آرایشی و برای تولید انرژی استفاده کرد. از این نوع جلبک‌ها همچنین به‌منظور افزایش ارزش غذایی مواد غذایی و خوراک دام با توجه به ترکیب شیمیایی آنها استفاده می‌کنند.
٢- ماکرو جلبک‌ها
جلبک‌های دریایی درشت مولکول ازجمله منابع زنده و تجدیدپذیر دریاها و اقیانوس‌ها هستند. جلبک‌های دریایی برای انسان‌ها و حیوانات به‌عنوان غذا و منابع ارزشمندی از مواد طبیعی هستند. جلبک‌ها از دیرباز در کشورهای باستانی حواشی اقیانوس‌ها مانند ژاپن، چین، کره و دیگر کشورها به‌عنوان غذای اصلی موجود در رژیم غذایی استفاده شده است و امروزه انسان‌ها از محصولات حاصل از ماکروجلبک‌ها در زندگی روزمره‌ی خود به طرق مختلف استفاده می‌کنند. مثلاً انواع پلی ساکاریدهای استخراجی از جلبک‌ها در خمیر دندان، صابون، شامپو، مواد آرایشی، مواد غذایی و دارویی استفاده می‌شود. ماکروجلبک‌ها یا جلبک‌های دریایی به سه گروه جلبک‌های قهوه‌ای، قرمز و سبز طبقه‌بندی می‌شوند.
الف-جلبک‌های قهوه‌ای
جلبک‌های قهوه‌ای یا فائوفیت‌ها بزرگ‌ترین گروه از جلبک‌ها ازنظر اندازه هستند. مثلاً طول کلپ‌های غول‌پیکر به بیش از ۴۵ متر می‌رسد. رنگ این جلبک‌ها، قهوه‌ای و یا قهوه‌ای زرد است و در آب‌های معتدله و سرد یافت می‌شوند. جلبک‌های قهوه‌ای دارای قسمت ریشه مانندی هستند که آنها را متصل به زمین نگه می‌دارد. تصویر نمونه‌‌ای از جلبک قهوه‌ای در زیر نشان داده شده است.
ب-جلبک‌های قرمز
جلبک‌های قرمز یا رودوفیت‌ها معمولاً به دلیل وجود رنگ‌دانه فیکواریترین دارای رنگ قرمز زیبایی هستند. جلبک‌های قرمز نسبت به جلبک‌های قهوه‌ای به دلیل جذب نور آبی می‌توانند در اعماق بیشتری زندگی کنند. جلبک کورالین از جلبک‌های مهم قرمزی است که در تشکیل آب‌سنگ‌های مرجانی مشارکت می‌کنند.
پ-جلبک‌های سبز
جلبک‌های سبز (کلروفیتا) دارای بیش از ۷۰۰۰ گونه است که در مقایسه با جلبک‌های قهوه‌ای و قرمز از تنوع بیشتری برخوردار است. جلبک‌های سبز دارای دو نوع کلروفیل هستند و مانند گیاهان خشکی انرژی نور را برای ساخت قند به دام می‌اندازند ولی برعکس گیاهان خشکی تنها در آب می‌توانند زندگی کنند.
اهمیت جلبک‌ها به‌عنوان غذای انسان
جلبک‌ها به علت سرشار بودن از مواد معدنی، ویتامین‌ها، هیدرات‌های کربن و پروتئین‌ها که در درون سلول‌ها و یا در دیواره سلول‌ها وجود دارند، مورد استفاده‌ی غذایی انسان‌ها قرار می‌گیرند. استفاده از جلبک‌ها برای تغذیه‌ی انسان سابقه‌ی طولانی دارد و به سال‌های قبل از میلاد می‌رسد. طی قحطی بزرگی که در اواسط قرن نوزدهم در انگلستان بر اثر آلودگی قارچی سیب‌زمینی رخ داد، یک نوع جلبک قرمز دریایی جایگزین مهمی برای محصولات سیب‌زمینی شد. امروزه نیز در بسیاری از کشورهای آسیایی و اروپایی، به‌ویژه در کشورهایی که دارای سواحل طولانی با دریاهای آزاد هستند، به شکل‌های مختلفی از جلبک‌ها به‌منظور تغذیه استفاده می‌شود.
ژاپن اولین کشوری که روش صنعتی کشت و پرورش جلبک را ابداع کرد. تنها در سال ۱۹۹۵ در ژاپن ۲۲۰۰۰۰ تن جلبک به‌صورت غذای انسان مصرف شده است. استفاده از جلبک‌های دریایی به‌عنوان غذای جایگزین حاوی کمی پروتئین، تمام اسیدآمینه ضروری، ویتامین‌ها، مواد معدنی، اسیدهای چرب غیراشباع با چند پیوند دوگانه هستند.
حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد وزن خشک اسپیرولینا پروتئین است. امروزه از اسپیرولینا در کلوچه‌ها، نان‌ها، سالاد و سوپ استفاده می‌نمایند و در کشورهای اروپایی برای بهبود رژیم غذایی قرص‌های اسپیرولینا به‌صورت روزانه مصرف می‌شود. با توجه به رشد جمعیت و کمبود منابع کشاورزی در خشکی، این روش‌ها می‌تواند به استفادەی بهینه از منابع کمک نماید.
در بخش‌های مختلف جهان بیش از یک‌صد نوع جلبک که عمدتاً از جلبک‌های قهوه‌ای و قرمز هستند به‌عنوان غذا استفاده می‌شوند. تعداد اندکی از جلبک‌های سبز نیز که مواد معدنی، ویتامین، قند و پروتئین بالایی دارند، به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرند.
برخی جلبک‌های غذایی مهم
از جلبک‌های قهوه‌ای، جنس‌های لامیناریا، سارگاسوم و آلاریا معروف‌اند. در ژاپن غذاهای خاصی از لامیناریا و آلاریا تهیه می‌شود. در آمریکای جنوبی، نوعی جلبک قهوه‌ای را جمع‌آوری کرده و پس از خشک کردن و نمک زدن، به‌تدریج به مصرف تغذیه می‌رسانند. جلبک‌های قهوه‌ای در حدود ۱۵ درصد پروتئین، ۱۷ نوع اسیدآمینه، ۵۶/۱ درصد چربی و ۵۷ درصد کربوهیدرات دارند. به‌علاوه، مقادیر مناسبی از مواد معدنی، کاروتن و برخی مواد دیگر را دارا می‌باشند.
جلبک پورفیرا غنی از ویتامین‌های D,C,B,A و E است و مقدار قابل توجهی پروتئین دارد.
هر ۱۰۰ گرم پورفیرا به‌طور میانگین ۴/۱۱ گرم آب، ۶/۳۵ گرم پروتئین، ۷/۰ گرم چربی، ۳/۴۴ گرم کربوهیدرات و ۸ گرم مواد معدنی دارد. جلبک قرمز کندروس به مقدار زیادی در آمریکا و اروپا به مصرف می‌رسد.
ازجلبک‌های سبز، جنس‌های اولوا و کلرلا معروف‌اند. از اولوا که به خاطر شباهت آن، به برگ کاهوی دریایی شهرت دارد، برای تهیه‌ی سالاد و سوپ استفاده می‌شود.
کلرلا از جلبک‌های تک یاخته‌ای آب‌های شیرین است و به‌راحتی به‌صورت انبوه کشت می‌شود. در کشور کوچک تایوان سالانه بیش از ۱۵۰۰ تن پودر جلبک کلرلا تولید می‌شود. این جلبک در حدود ۳۰ درصد پروتئین، ۱۵ درصد چربی، ۳۰ درصد کربوهیدرات و ۵ درصد مواد معدنی دارد و در شرایط مناسب تا ۵۰ درصد وزن خشک این جلبک را پروتئین و ۵/۸ درصد آن را چربی‌ها تشکیل می‌دهند. پروتئین‌های کلرلا تمام اسیدهای آمینه ضروری را دارا هستند، ازاین‌رو در مسافرت‌های فضایی به‌عنوان غذا مورد استفاده قرار می‌گیرند. میکرو جلبک‌ها با همه‌ی امتیازات برجسته، ارزنده‌ترین ماده‌ی زیستی روی کره‌ی زمین محسوب می‌شوند. آنها پایه و اساس زنجیره‌ی غذایی بوده و از قدرت تکثیر بالایی برخوردارند.
کاربرد جلبک‌ها در تهیه‌ی داروها
جلبک‌ها به دلیل دارا بودن ترکیبات ویژه‌ی پلی ساکاریدی و نیز ترکیبات دارویی خاص، دارای کاربردهای وسیعی هستند. خواص دارویی که برای جلبک‌ها عنوان کرده‌اند بسیار است ازجمله به‌عنوان مسهل در یبوست‌های دستگاه گوارش، به‌عنوان التیام‌دهنده‌ی زخم‌های دستگاه گوارش و به‌عنوان داروهای ضد انگلی دستگاه گوارش و همچنین در کاهش فشارخون، کاهش چربی خون، کاهش وزن زیاد و نیز جلوگیری از بیماری‌های تصلب شرایین از جلبک‌ها استفاده می‌شود. حتی در برخی از منابع به قدرت مقابله این گیاهان در مقابل ویروس HIV نیز اشاره شده است. همچنین مقابله با ویروس تب‌خال نیز با کاربرد جلبک‌ها امکان‌پذیر است.
به‌عنوان مثال جلبک سبز اسپیرولینا می‌تواند برای عفونت‌های قارچی پوستی مفید باشد. اسپیرولینا گونه‌ای از علف‌های دریایی است که به گروه جلبک‌های سبز آبی تعلق دارد. به دلیل پدیده‌ی مقاومت قارچی و همچنین عوارض جانبی اغلب داروهای ضد قارچی اگر بتوانیم دارویی گیاهی برای درمان بیماری‌های قارچی به دست آوریم، بسیار مفید و مؤثر است.
بر همین اساس پژوهش‌های متعددی بر روی خواص ضد میکروبی جلبک‌ها انجام گرفته است. یکی از مواردی که امروزه توجهات را به خود جلب کرده و اهمیت بسیار زیادی دارد، مبارزه با سرطان است. از کاربردهای جدید و مدرن این گیاهان در بیماری توموری است که ترکیبات ضد سرطانی از این گیاهان استخراج شده و برای مقابله با بیماری‌های توموری از آنها استفاده می‌شود.
برای مثال سرطان پستان یکی از شایع‌ترین سرطان‌های بدخیم زنان در کل دنیا بوده و شیوع ابتلا به آن در اکثر کشورهای جهان ازجمله ایران رو به افزایش است. ازاین‌رو پژوهش‌های بسیاری بر اثرات ضد سرطانی ارگانیسم‌های دریایی به‌خصوص جلبک‌ها انجام گرفته و نتایجی حاصل شده است. در پژوهشی مشاهده شد که ترکیبات موجود در عصاره‌ی هیدروالکلی جلبک قرمز Laurencia pacifica قادر به مهار تکثیر سلول‌های سرطانی معده، پستان، کولون، تخمدان، ریه، پانکراس، پروستات و پوست است؛ پس می‌توان نتیجه گرفت که ترکیبات متنوعی در این جلبک وجود دارد که سبب مهار طیف وسیعی از سرطان‌ها می‌شوند.
مطالعاتی به‌منظور بررسی اثر ضد توموری عصاره‌ی جلبک قهوه‌ای Sargassum glaucescens بر رشد و تکثیر برخی رده‌های سلولی سرطانی انجام شد که نشان داد عصاره‌ی این جلبک دارای اثرات ضد سرطانی قابل‌توجهی بود. همچنین در مطالعه‌ی اثر ضد سرطانی عصاره‌ی اتانولی جلبک سبز Dunaliella salina بر روی میزان مرگ و میر رده‌ی سلولی سرطان پوست مشخص شد که عصاره‌ی اتانولی این جلبک بر روی یک رده سلولی اثر کشندگی داشته و این اثر با افزایش غلظت عصاره افزایش می‌یابد.