Perspective ale dezvoltarii acvaculturii pentru producerea si valorificarea biomasei vegetale

Directii de dezvoltare a algoculturii

Principalele directii de dezvoltare a cresterii dirijate a algelor micro- si macrofite vor fi determinate de cerintele tot mai presante din partea societatii umane, in conditiile in care, chiar in prezent, incepe sa se manifeste o criza - crescanda, de altfel, a disponibilitatii unor resurse majore.

La ora actuala, liniile previzibile pe care va evolua acvacultura organismelor vegetale pot fi considerate urmatoarele.

Producerea de materii prime utilizabile in alimentatia umana;

Dupa cum s-a mentionat mai sus, compozitia chimica a biomasei vegetale - in deosebi a celei produse prin cultura intensiva a microalgelor - argumenteaza extinderea preocuparilor pentru dezvoltarea utilizarii alimentare a acesteia.

Unul dintre argumentele suplimentare, majore, in acest sens il reprezinta si faptul ca, in timp ce productia agricola clasica a agroecosistemelor terestre este recoltata integral dupa cateva luni de cultivare, biomasa algala obtinuta in sisteme industriale de acvacultura se poate recolta o data la cateva zile, timp in care spirulinele, de pilda, isi dubleaza cantitatea.

Comparatie intre ciclurile de crestere si de recoltare la plantele de cultura terestre si

la Spirulina (dupa Switzer, 1980)

Aceasta directie de dezvoltare a acvaculturii este cu atat mai necesara, cu cat nevoile alimentare sunt - chia la inceputul mileniului III - foarte departe de a fi satisfacute, macar la nivele minimale, pentru o parte insemnata a omenirii.

Alaturi de dezvoltarea - prin aplicarea noilor descoperiri ale geneticii - a agriculturii si zootehniei clasice, o solutie majora pentru rezolvarea problemei consta in introducerea in culturi a unor noi organisme. In acest sens, tehnologiile de acvacultura pot oferi perspective extrem de promitatoare, de mare eficienta. Prin dezvoltarea acestora in practica, se va contribui la satisfacerea necesitatilor alimentare, si, totodata, se vor crea locuri noi de munca intr-un domeniu de activitate cu comanda sociala permanenta.

Acum, la inceputul mileniului III, numarul speciilor vegetale din ecosistemele acvatice, care au fost investigate ca potentiali producatori de materii nutritive, este foarte limitat, nedepasind ordinul de marime de 100. Ori, numai algele din apele dulci depasesc, la nivel planetar, cateva zeci de mii; se impune, deci, cu necesitate, investigarea atenta si aprofundata a cat mai multe specii, pentru a le cunoaste compozitia chimica, conditiile de crestere si capacitatile bioproductive.

Odata cu posibila/probabila amplificare a impactului uman asupra biogeosferei, inclusiv prin eliminarea in mediul inconjurator a tot mai multe noxe, in activitatea de producere prin tehnici de acvacultura a unor cantitati tot mai mari de materii alimentare, va fi indispensabil controlul extrem de aprofundat, continuu, al calitatii produsului final.

Obtinerea de materiale utilizabile ca suplimente furajere;

In ciuda tendintei tot mai clar exprimata catre o anumita schimbare a structurii alimentatiei umane, prin amplificarea ponderii alimentelor de origina vegetala, consumul de proteina animala va continua (in limita previzibilului) sa ocupe un loc destul de important. In conditiile in care suprafetele agricole disponbilile (de altfel strict limitate) vor fi cultivate predominant cu culturi destinate prioritar consumului uman direct, pentru sustinerea zootehniei (inclusiv a cresterii in acvacultura a unor organisme animale de interes alimentar) va fi necesara identificarea si valorificarea altor resurse furajere.

Una dintre acestea poate fi oferita de cultivarea dirijata a unor alge micro- si macrofite in sisteme tehnologice de mare randament. Rezultatele obtinute pana in prezent constituie premize temeinice pentru dezvoltarea unor astfel de directii de acvacultura.

In cazul algelor monocelulare, cantitatile de biomasa nu sunt la fel de impresionante, dar, prin compozitia chimica specifica, furajele obtinute sunt deosebit de valoroase, avand calitati nutritive foarte ridicate. Din acest motiv, biomasa algala nu este de regula folosita, in integralitatea sa, ca furaj, ci este utilizata de regula ca supliment furajer, ce asigura completarea necesarului de proteine, de vitamine, de minerale etc.

In cadrul unui program de cercetare desfasurat la o unitate de productie de la SC AVICOLA Piatra Neamt, s-a experimentat utilizarea unui mic adaus (sub 5 %) de pudra de Spirulina in furajul standard folosit pentru hrana gainilor ouatoare. Rezultatul a fost peste asteptari: productia de oua s-a marit cu cca 15 %, iar imbunatatirea calitatii acestora s-a vadit in schimbarea culorii galbenusului - de la un galben palid catre un galben foarte intens, apropiat de portocaliu.

In imaginea de mai jos sunt prezentate : "Lotul nr.1" - de la gaini hranite cu furaj suplimentat cu Spirulina; "Lotul nr. 2" de la gaini hranite cu furaj standard.

Si in acest domeniu de dezvoltare a acvaculturii vegetale se impun studii aprofundate pentru extinderea gamei de specii cu proprietati nutritive si de crestere adecvate nevoilor zootehniei.

Separarea unor principii active utilizabile pentru tratamente naturiste;

Dupa cum se cunoaste, preocuparile generalizate pentru afirmarea si aplicarea in practica a principiilor "medicinii naturiste" s-au dezvoltat in Europa numai in ultimele decenii. Pe aceasta linie se situeaza cresterea semnificativa a atentiei acordate identificarii, adaptarii si chiar generalizarii unor remedii bazate pe utilizarea plantelor medicinale, remedii care, de altfel erau cunoscute in popor de sute si chiar mii de ani. Asistam actualmente la proliferarea unei adevarate "mode" in ceea ce priveste interesul pentru folosirea reala a acestor tratamente, care reprezinta o adevarata alternativa la utilizarea produselor de sinteza. Desigur ca nu ne putem astepta ca "farmacia verde" sa ofere solutii eficiente pentru totalitatea bolilor cu care se confrunta omul modern, dar, realitatea arata ca multe dintre remediile de natura vegetala ofera cu adevarat posibilitati de tratament eficiente in multe afectiuni, fara insa ca acestea sa fie dublate de efecte secundare - adesea nocive - caracteristice multor medicamente de sinteza.

Iata de ce, in atentia cercetatorilor a intrat si preocuparea de a investiga posibilitatile de utilizare a unor plante acvatice (micro- si macrofite) drept surse de sanatate pentru om.

Se cunoaste mai de mult timp, in urma unor cercetari cu specific ecologic, proprietatea unor alge de a produce substante biologic active, cu ajutorul carora populatiile respective indeparteaza din habitatul lor alte organisme - plante sau animale, ceea ce le asigura sanse superioare de supravietuire si proliferare.

Analiza: Pancreasul endocrin - capilare si acini serosi Referat: Generalitati despre nucleul celulei

Mentionam asa numita "chlorellina", ori "scenedesmina", compusi organici ce prezinta efecte inhibitoare asupra altor alge sau chiar asupra unor organisme animale (protozoare, etc.). Se cunosc in parte si proprietatile toxice ale unor compusi continuti de unele alge albastre care produc "infloriri" ale apei, precum Microcystis aeruginosa, etc. Toate acestea reprezinta in fapt substante biologic active care pot interesa din punctul de vedere al utilizarii lor terapeutice.

Luand in considerare, printre altele, si pretul relativ ridicat al biomasei de Spirulina, care limiteaza utilizarea sa larga, curenta, drept aliment pentru oameni, au fost investigate destul de aprofundate posibilitatile de a o utiliza ca medicament in diferite domenii ale terapeuticii. S-a constatat ca biomasa acestei specii (S.platensis) poate determina ameliorari importante in anemie, in boli ale ficatului (hepatita, ciroza), in diabet, afectiuni ale pancreasului, chiat in anumite afectiuni oculare (glaucom) etc. Ca urmare, biomasa acestei alge se foloseste deja in prepararea unor medicamente "naturiste" destul de cautate.

Amintim cercetarile efectuate la Institutul de Microbiologie al Academiei de Stiinte din Republica Moldova (Dudnicenco, 2001), prin care s-au pus bazele stiintifice ale tehnologiilor de producere a biomasei de Haematococcus pluvialis Flotow, in vederea obtinerii unor substante utile de interes farmaceutic - si anume beta-carotenul si astaxantina. In cadrul programului de lucru s-a gasit solutia biotehnologica pentru reducerea duratei cultivarii algei, de la 12-14 zile, la numai 7 zile, odata cu cresterea productivitatii culturilor.

Numeroase colective de cercetare s-au ocupat de biologia si tehnicile de cultivare ale unor specii de Dunaliella (in deosebi D.salina), in vederea obtinerii de biomasa utilizabila pentru extragerea beta-carotenului si a glicerolului.

Este insa important de aratat ca nivelul de cunoastere a proprietatilor terapeutice al algelor - si a plantelor acvatice in general - este totusi, in prezent, foarte limitat, redus, fiind total insuficient in raport cu diversitatea specifica foarte accentuata a acestor organisme. Pe baza celor cunoscute pana in prezent se poate afirma ca lumea vegetala din apele continentale sau cele marine/oceanice poate oferi surse extrem de valoroase de produse utilizabile in terapeutica umana. Identificarea lor, cat si elaborarea tehnologiilor de acvacultura a speciilor respective, de prelucrare si extragere a principiilor active, ramane o sarcina a viitoarelor generatii de cercetatori.

Producerea unor surse alternative, neconventionale de energie;

Dupa cum se cunoaste, in evolutia sa istorica, omenirea a manifestat o nevoie crescanda de energie - incepand cu cea necesara pentru incalzirea spatiilor de locuit, cu cea folosita pentru prepararea hranei, si continuand cu cea utilizata pentru transporturi, pentru iluminat, pentru diferitele procese industriale, etc.

In general, principalele tipuri surse de energie primara (in sens larg) utilizate de-a lungul timpurilor de catre omenire pot fi considerate urmatoarele:

Energia chimica acumulata de vegetale, ca productie primara neta (utilizata ca hrana, direct de catre om, sau ca mijloc de incalzire - prin arderea lemnului);

Energia animala - utilizata ca hrana, direct de catre om, sau pentru actionarea unor mijloace de locomotie;

Propria forta fizica a omului - utilizata nu numai pentru nevoile organismului uman insasi (deplasare, cautarea si procurarea hranei etc), dar si pentru transportul unor materiale, pentru lucrari de construire a unor adaposturi etc;

Energia vantului - utilizata pentru actionarea unor mori, pentru deplasarea unor corabii, iar mai nou (dar relativ limitat) - pentru producerea curentului electric;

Energia gravitationala: actionarea unor mori de apa, ulterior a unor centrale electrice, etc;

Energia "fosila", acumulata, tot ca urmare a unei "productii primare nete" din trecutul planetei, in depozitele de carbuni, de petrol sau de gaze naturale;

Energia geotermica - utilizata in principal pentru sisteme de incalzire a locuintelor, a unor sere si a altor spatii;

Energia mareei - utilizata in cateva tari ale lumii pentru producerea de curent electric;

In fine, energia atomica a capatat - din secolul al XX-lea, o pondere tot mai mare in acoperirea necesitatilor omenirii.

Desigur ca sursele de energie primara mentionate mai sus au avut ponderi foarte diferite in asigurarea necesarului energetic al omenirii. Ponderea cea mai mare a avut-o - si inca o mai are - energia chimica acumulata in combustibilii fosili, in primul rand in hidrocarburi. Din pacate, rezervele de combustibili fosili sunt limitate (finite); cu toate preocuparile de descoperire a unor noi zacaminte, inclusiv in zone ale scoartei terestre situate sub mari/oceane, evaluarile specialistilor indica probabilitatea epuizarii intr-un viitor, nu prea indepartat, a acestor resurse.

Alternativa - reprezentata de energia atomica - desi teoretic constituie o sursa nelimitata de energie, ofera unele dezavantaje sau chiar riscuri majore, care au ridicat problema limitarii sau chiar renuntarii la construirea de noi centrale atomoelectrice (cazul Germaniei). In afara de accidente grave in exploatare - de tipul celui de la Cernobal, din Ucraina (1986) - care au totusi un caracter de exceptie, exploatarea acestor centrale electrice inseamna si producerea - inevitabila - a unor cantitati importante de deseuri radioactive, a caror depozitare ridica probleme majore de protectie a mediului.

Mentionam ca una dintre caile cele mai convenabile (ca impact de mediu si ca pret de productie al energiei) de producere a energiei electrice - prin construirea si exploatarea de hidrocentrale - are un caracter limitat: numai o mica parte din cursurile de apa se poate amenaja si exploata in mod economic rentabil.

In aceasta situatie, se pune tot mai acut problema identificarii si exploatarii unor resurse energetice alternative.

Dupa cum cunoastem (inclusiv de la cursul privind "Productia si productivitatea primara", sau de la cel de Ecologie Generala), principala sursa de energie pentru planeta noastra o reprezinta Soarele.

Amintim ca energia solara incidenta pe Terra (asa numita "constanta solara") are valoarea medie de 1,94 calorii/cm²/minut.

Pe de alta parte, desi randamentul energetic al fotosintezei este in general scazut - sub 2 % din energia incidenta - la scara planetara, cantitatile imense de energie fixata prin fotosinteza depasesc cu mult transformarile de energie care au loc in toate industriile umane, inclusiv in cele care utilizeaza energia atomica.

In aceste conditii devine tot mai atractiva ideea de a utiliza - direct sau indirect - energia solara. Utilizarea directa - la nivelul actual de dezvoltare tehnologica - se bazeaza pe conversia energiei luminoase in energie electrica prin "efectul fotoelectric" al unor baterii solare cu celule generatoare de curent electric (cu seleniu, siliciu etc); preturile fiind inca prohibitive, aceste tehnici se folosesc efectiv pentru alimentarea unor sateliti/statii spatiale.

Utilizarea indirecta a energiei solare se poate realiza prin incalzirea unui agent termic si producerea de curent electric in instalatii speciale. O alta cale o reprezinta acumularea si stocarea energiei chimice in plante, urmata de folosirea acestei energii pe o cale sau alta.

Implicarile previzibile ale acvaculturii in aceasta problema pot fi considerate urmatoarele.

Dezvoltarea unor culturi de alge pentru producerea hidrogenului;

Dezvoltarea unor biotehnologii - bazate pe cultivarea algei Botryococcus braunii - pentru obtinerea de hidrocarburi (actuale, regenerabile continuu, NU fosile !);

Tehnologii de obtinere prin procedee de acvacultura a algelor macrofite a unor cantitati mari de biomasa care - prin fermentare anaeroba - poate deveni o sursa importanta de metan.

Botryococcus braunii

Acumularea unor elemente rare, cu mare valoare economica;

Aceasta directie de cercetare aplicativa nu a cunoscut, pana in prezent, o dezvoltare semnificativa; desi sunt in continua crestere, necesitatile omenirii in raport cu metale rare/pretioase sunt inca satisfacute (la costuri tot mai mari, e drept !) de procedeele clasice de exploatare a unor zacaminte minerale. Inca nu a fost abordata in mod sistematic exploatarea unor resurse minerale imense din domeniul oceanic, precum nodulii fero-manganosi de pe fundul oceanelor, sau chiar elementele chimice aflate in cantitati foarte mari (dar la concentratii extrem de mici !) in insasi masa de apa oceanica.

Pe de alta parte, numeroase cercetari referitoare la compozitia chimica a micro- si macrofitelor au pus in evidenta capacitatea uimitoare a multor specii vegetale de a acumula si de a concentra din mediul acvatic inconjurator cantitati importante din diferite elemente chimice importante pentru om.

In afara de exemplele clasice referitoare la concentrarea iodului sau a bromului in biomasa unor specii de alge marine, sunt extrem de interesante datele privind acumularea in celulele unor microalge a unor elemente destul de rare. Dintre acestea din urma, mentionam numai compozitia minerala a biomasei de Oscillatoria rubescens - cianoficee planctonica din ecosistemul lacul de baraj Bicaz.

Traind intr-o apa conventional curata (apreciata, conform normativului romanesc pentru apele de suprafata, drept apa apartinand categoriei I-a de calitate), populatia acestei alge a acumulat (la o tona de cenusa):

kg. siliciu

kg. calciu

kg. aluminiu

kg. Magneziu

kg fier

4 kg titan

1 kg nichel

0 kg plumb

kg zinc

kg cupru

0 kg bor

In cantitati mai mici au fost prezente (enumerate in ordinea descrescatoare a ponderii): manganul, cromul, vanadiul, staniul, bismutul, molibdenul, argintul, cobaltul, cadmiul (cf. Grinea et al., 1979).

Este evident ca, daca dintr-un bazin acvatic aproape lipsit de surse de impurificare, cu o apa curata (practic potabila), aceasta alga a reusit sa concentreze asemenea cantitati de elemente, in conditiile cresterii pe ape cu grad mare de incarcare s-ar putea obtine "productii" mult mai insemnate.

Numeroase date arata ca si macrofitele acvatice au capacitatea de a acumula cantitati mari de elemente chimice din mediul lor de crestere.

Este evident ca, prin cresterea dirijata a plantelor acvatice in bazine care ar contine si anumite cantitati de steril (de la exploatarile de minereuri neferoase, de la fosta exploatare de sulf din muntii Calimani etc), sau chiar cenusi de termocentrala (care de altfel reprezinta factori majori de degradare a mediului in zonele de amplasare a haldelor respective), ar putea fi acumulate in biomasa vegetala cantitati foarte importante de metale rare, prezente in concentratii mici in deseurile respective. Ulterior, dupa arderea biomasei, ele ar putea fi separate din cenusa rezultata, prin procedee tehnice specifice.

Biotehnologii de epurare avansata a unor ape uzate

Cercetarile efectuate de catre colectivul condus de Dr. Marioara Godeanu, cat si cele ale altor specialisti, au aratat ca plantele acvatice au capacitatea ridicata de a acumula din mediu cantitati mari de substante, inclusiv multe substante toxice, contribuind astfel in mod semnificativ la purificarea biologica avansata a apelor uzate.

Aceste rezultate constituie premizele pentru dezvoltarea in viitor a unor tehnologii ecologice de inalt randament pentru epurarea apelor uzate. La ora actuala sunt previzibile dezvoltari tehnologice legate de:

diversificarea gamei de specii vegetale utilizabile in acest scop,

marirea perioadei de vegetatie a micro- si macrofitelor in instalatiile de purificare biologica avansata,

modificarea genetica a plantelor utilizate in aceste tehnici de acvacultura pentru marirea eficientei asimilarii/acumularii substantelor nocive,

identificarea unor noi directii de valorificare a biomasei vegetale rezultate (in afara de fermentarea anaeroba si producerea de gaz metan).

Realizarea unor colectii de culturi regionale de alge micro- si macrofite, foarte cuprinzatoare, care sa asigure materialul biologic necesar pentru reconstruirea unor ecosisteme acvatice/zone umede afectate de impactul antropic

In fine, dar nu in ultimul rand, cresterea dirijata si pastrarea organismelor vegetale acvatice, in cadrul unor colectii de culturi, poate reprezenta o contributie majora la salvarea unei parti din actualul patrimoniu natural al omenirii, supus unei presiuni crescande din partea impactului antropic la nivel local, regional sau chiar planetar.

Este cunoscuta evolutia nefavorabila a biodiversitatii - la nivel general sau la nivelul unor ecosisteme concrete - ca urmare a influentei diferitelor activitati umane. Pentru protectia sau refacerea sa - conditie majora a mentinerii echilibrului biologic - s-au propus/adoptat unele masuri, una dintre tintele vizate fiind zonele umede ale planetei (in sens larg).

Pentru refacerea unor ecosisteme acvatice degradate este important a se dispune de surse cuprinzatoare de material biologic de calitate, care sa asigure necesarul in cadrul programelor de reabilitare/reconstructie respective.

In acest scop, realizarea unor colectii de culturi permanente, cuprinzand multe din speciile de plante acvatice din flora unei regiuni sau a alteia, ar putea reprezenta o solutie de perspectiva, adecvata si eficienta.