| Περίληψη |
Τα τελευταία χρονιά έχει δοθεί προτεραιότητα σε εναλλακτικές τεχνικές καλλιέργειας οργανισμών που περιλαμβάνουν χαμηλού κόστους μικτοτροφικές διαδικασίες για αύξηση της παραγωγής της βιομάζας τους. Η μικτοτροφική συμπεριφορά, ευρέως διαδεδομένη στα υδάτινα οικοσυστήματα, σταθμίζεται μεταξύ αυτοτροφίας και ετεροτροφίας και εξαρτάται όχι μόνο από τον μελετούμενο οργανισμό-άτομο, αλλά και από τη φυσιολογική του κατάσταση και τις περιβαλλοντικές παραμέτρους.
Στην παρούσα εργασία, αναπτύσσονται ατομικά μοντέλα για μικροάλγη που καταφεύγουν τόσο στην αυτοτροφία όσο και στην ετεροτροφία για την ικανοποίηση των τροφικών τους αναγκών. Κατά την ποσοτικοποίηση λαμβάνεται υπόψη, η ποιοτική και ποσοτική διαφοροποίηση της μικτοτροφικής στρατηγικής μεταξύ των οργανισμών που την εφαρμόζουν, τόσο στη ρύθμιση του τρόπου με τον οποίο εκμεταλλεύονται την αυτοτροφική και ετεροτροφική τους ιδιότητα όσο και στην εξάρτηση από περιβαλλοντικούς παράγοντες. H μεθοδολογία που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη των μαθηματικών μοντέλων που περιγράφουν την αφομοίωση και περαιτέρω χρήση της ενεργείας σε έναν οργανισμό, στηρίζεται στη θεωρία των Δυναμικών Ενεργειακών Ισοζυγίων (Dynamic Energy Budget-DEB theory). Επιπλέον, γίνεται χρήση της έννοιας της Συνθετικής Μονάδας (Synthesizing Unit-SU) για την εφαρμογή χημικών και ενζυμικών κινητικών στον κυτταρικό μεταβολισμό των μικτότροφων.
Η ποσοτικοποίηση της δυναμικής των προαιρετικά μικτότροφων οργανισμών (ικανών για την παραγωγή βιομάζας μέσω των εναλλακτικών αφομοιωτικών οδών), περιλαμβάνει τη δόμηση επιμέρους μοντέλων στους τύπους της Ιδανικής (Ι.Μ.), της Πρωτογενώς Αυτοτροφικής (Π.Α.Μ.) και της Πρωτογενώς Ετεροτροφικής (Π.Ε.Μ.) Μικτοτροφίας. Σε αυτές τις φυσιολογικές κατηγορίες μικτοτροφίας, υφίσταται διαφοροποίηση στη ρύθμιση των μεταβολικών μονοπατιών αφομοίωσης των υποστρωμάτων και στις αποκρίσεις της αυτοτροφίας και ετεροτροφίας σε διαφορετικές συνθήκες διαθεσιμότητας υποστρωμάτων. Τα αποτελέσματα φανερώνουν ότι η Ιδανική Μικτοτροφία απαντάται είτε όταν τα εναλλακτικά μονοπάτια πρόσληψης της τροφής είναι ‘αλληλο-βοηθητικά’ της ανάπτυξης σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες αυτοτροφίας ή ετεροτροφίας (Ι.Μ.-Ι) είτε όταν οι επιμέρους αφομοιωτικές διαδικασίες είναι συμπληρωματικές μεταξύ τους (Ι.Μ.-ΙΙ). Στην Πρωτογενώς Αυτοτροφική Μικτοτροφία, η μικτοτροφική ικανότητα αποτελεί στρατηγική επιβίωσης και αύξησης της αφομοίωσης και ανάπτυξης σε συνθήκες που περιορίζουν την αυτοτροφία (Π.Α.Μ.-Ι) ή στρατηγική συμπλήρωσης της αφομοίωσης που έχει επιτευχθεί σε καθαρά αυτοτροφικές συνθήκες ανάπτυξης (Π.Α.Μ.-ΙΙ). Παρόμοια, η Πρωτογενώς Ετεροτροφική Μικτοτροφία είναι στρατηγική επιβίωσης και αύξησης της αφομοίωσης και της ανάπτυξης σε συνθήκες που περιορίζουν την ετεροτροφική διαδικασία, δηλαδή σε συνθήκες μηδενικής και χαμηλής διαθεσιμότητας ετεροτροφικού υποστρώματος (Π.Ε.Μ-Ι) ή τακτική συμπλήρωσης της αφομοιωμένης ενεργείας των καθαρά ετεροτροφικών συνθηκών ανάπτυξης (Π.Ε.Μ.-ΙΙ). Επιπρόσθετα, τα μοντέλα Υποχρεωτικής Μικτοτροφίας (Υ.Μ.) συνδυάζουν την αυτοτροφία και ετεροτροφία ως απαραίτητες διαδικασίες για την παραγωγή βιομάζας και φανερώνουν τη δυναμική εξάρτησης των αφομοιωτικών οδών από τις περιβαλλοντικές συνθήκες διαθεσιμότητας υποστρωμάτων.
Τα αποτελέσματα των μοντέλων συγκρίνονται ποιοτικά με βιβλιογραφικά δεδομένα. Εκτός από την ιδανική μικτοτροφία τύπου Ι (Ι.Μ.-Ι), για την οποία δεν έχουν βρεθεί αρκετοί οργανισμοί που να την ακολουθούν, για όλους τους άλλους τύπους μικτοτροφίας υπάρχουν αρκετές βιβλιογραφικές αναφορές για οργανισμούς που εμφανίζουν τις δυναμικές των αντίστοιχων μοντέλων. Λόγω ελλιπών μελετών που αφορούν στην εξέταση των ενζυμικών μηχανισμών επίδρασης περιβαλλοντικών παραγόντων στη φυσιολογία των κυττάρων, η κατηγοριοποίηση των διαφορετικών τύπων μικτοτροφίας είναι δύσκολη, πόσο μάλλον η μοντελοποίηση τους. Ο τρόπος προσέγγισης της μικτοτροφίας στην παρούσα μελέτη, παρέχει το πλαίσιο για τη μελέτη του εξελικτικού χαρακτήρα της και είναι σημαντική για την πρόβλεψη του ρόλου της στη δυναμική των τροφικών πλεγμάτων.
|
Μαθηματική μοντελοποίηση της μικτοτροφίας σε μικροάλγη : προσέγγιση δυναμικού ενεργειακού ισοζυγίου
