mini|hochkant=1.32|Mikrofotografie einer Probe aus dem hypersalinen Lake Tyrrell (Australien) mit orangefarbenen Chlorophyten (Dunaliella cf. salina). Daneben befinden sich mehreren kleineren quadratisch-flachen Walsby-Archaeen (Haloquadratum walsbyi) mit Gasbläschen, die ein Aufschwimmen an die Oberfläche ermöglichen (höchstwahrscheinlich, um dort Sauerstoff aufzunehmen).
Dunaliella ist eine Gattung einzelliger, photosynthetischer Grünalgen, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnen, andere Organismen zu verdrängen und in hypersalinen Umgebungen zu gedeihen. Es handelt sich um überwiegend marine Organismen, obwohl es auch einige Süßwasserarten gibt, die aber eher selten sind. Einige Arten der Gattung sammeln unter sehr harten Wachstumsbedingungen (hoher Lichtintensität, hoher Salzkonzentration und begrenztem Sauerstoff- und Stickstoffgehalt) relativ große Mengen an β-Carotinoiden und Glycerin an. Diese können in Seen und Lagunen auf der ganzen Welt sehr häufig vorkommen.
Es ist sehr schwierig, die Arten dieser Gattung allein auf morphologischer und physiologischer Ebene zu unterscheiden und zu charakterisieren: Da diese Organismen keine Zellwand haben, so dass es ihnen leicht möglich ist, ihre Form zu verändern. Außerdem besitzen sie eine Reihe verschiedener Pigmente, die es ihnen ermöglichen, ihre Farbe je nach den Umweltbedingungen zu verändern. Obwohl die Gattung bereits seit mehr als hundert Jahren erforscht wird, hat daher erst die molekulare Analyse zu einem entscheidenden Fortschritt bei der Aufdeckung der Phylogenie (Abstammungs- und Verwandtschaftsverhältnisse) und der Taxonomie (Klassifizierung) von Dunaliella geführt. Die Gattung wurde zu einem wichtigen Modellorganismus für die Untersuchung der Salzanpassungsprozesse von Algen. Sie ist aufgrund ihrer zahlreichen biotechnologischen Anwendungen von großer Bedeutung. Beispiele sind Kosmetika und Lebensmittel (β-Carotinoide), die Medizin und in die Biokraftstoffforschung.
Forschungsgeschichte Dunaliella wurde ursprünglich von dem französischen Botaniker Michel Félix Dunal als Haematococcus salinus bezeichnet. Er entdeckte den Organismus 1838 in Salinenverdunstungsteichen in Montpellier, Frankreich. Die offizielle Erstbeschreibung als neue und eigenständige Gattung erfolgte jedoch erst 1905 in Bukarest, Rumänien, durch Emanoil C. Teodorescu (italienisiert Teodoresco), der den Namen zu Ehren des ursprünglichen Entdeckers in Dunaliella änderte. Für diese Charakterisierung der Gattung untersuchte Teodorescu Lebendproben aus rumänischen Salzseen und notierte Details wie Farben, Bewegung und die allgemeine Morphologie.
Die Gattung wurde im selben Jahr 1905 auch von der Biologin Clara Hamburger in Heidelberg, Deutschland, beschrieben. Hamburgers Beschreibung war gründlicher, aber Teodorescus Arbeit wurde veröffentlicht, als sie sich noch in der Endphase der Erstellung ihres eigenen Artikels befand. Hamburger untersuchte importiertes Material aus Cagliari auf Sardinien. Sie war in der Lage, sowohl lebendes als auch totes Material zu studieren und Schnitte zu erstellen, um den inneren Zellinhalt zu betrachten, und konnte so auch verschiedene Lebensstadien beschreiben.
In der Folgezeit wurden verschiedene weitere Studien über Dunaliella durchgeführt. Dazu gehören: Artikel von Cavara aus dem Jahr 1906, der die Studie von Hamburger über die Salinen von Cagliari, Sardinien, ergänzt; Studien von Peirce aus dem Jahr 1914 über Dunaliella im Saltonsee, Kalifornien; verschiedene ökologische Studien von Labbé (1921, 1922) über die Algen in den Salinen von Le Croisic, Frankreich; Studien von Becking et al. (1928, 1931) über Dunaliella-Organismen aus der ganzen Welt; und eingehende taxonomische Studien von Hamel (1931) und Lerche (1937).
Die Beschreibung von Teodorescu aus dem Jahr 1906 umfasste zwei Arten (Spezies), D. salina und D. viridis. Die unterschiedlichen Charakterisierung erfolgte, weil D. salina deutlich größer war und aufgrund des hohen Gehalts an Carotinoid-Pigmenten eine rote Farbe hatte; D. viridis dagegen kleiner und von grüner Farbe erschien (). Diese Beschreibungen wurden jedoch von anderen Biologen wie Hamburger und Blanchard heftig angefochten. Sie vertraten die Ansicht, dass es sich nicht um verschiedene Arten, sondern lediglich um verschiedene Lebensstadien handelt, wobei die kleinen grünen Zellen die juvenile, die großen roten die adulte Form darstellen.
In der von Labbé 1921 durchgeführten Studie brachte er Proben von Dunaliella aus Salzsolen in eine Umgebung mit geringerem Salzgehalt und beobachtete, dass sich die Organismen an die neuen Bedingungen des Süßwassers anpassten und ihr braunrotes Pigment verloren und grüner wurden – was bedeutet, dass die rote Farbe durch sehr euryhaline (öko-tolerante) Zellen entstanden sein muss. Ihre grüne Farbe habe sie, wenn sie mit Chlorophyll gefüllt sind, aber unter extrem salzigen Bedingungen werden diese Chlorophyllpigmente dauerhaft beschädigt. Inzwischen weiß man, dass es nur sehr wenige Dunaliella-Arten gibt, die zusätzlich β-Carotinoide akkumulieren können, dies geschieht aber nur unter hoher Lichtintensität, hohem Salzgehalt und begrenzten Nährstoffwachstumsbedingungen. Die Zellen können dann zu einer gelben bis grünen Farbe zurückkehren, wenn die Umweltbedingungen weniger extrem werden.
Durch noch gründlichere Studien von Lerche et al. 1937 wissen wir jetzt, dass die ursprünglich als D. viridis beschriebenen Organismen nicht zu einer einzelnen Spezies gehören, sondern eine heterogene Gruppe darstellen, die man (neben der ursprünglichen Art D. viridis) in verschiedene Arten wie D. minuta, D. parva und D. media unterteilen kann, auch wenn diese noch heute (informell) oft zu einem einzigen Artenkomplex D. viridis zusammengefasst werden. D. salina ist dagegen als eigene Art anerkannt und ist dabei, eine sehr wichtige Rolle für biotechnologische Anwendungen zu spielen.
Ab 1999 über Dunaliella durchgeführte molekulare Studien zwecks Ermittlung der genauen Phylogenie zeigten, dass sich in der Gattung viele falsch benannte Kulturen und synonyme Artbezeichnungen eingeschlichen hatten, die durch molekulare taxonomische Forschung noch aufgeklärt werden müssen (Stand 2012).
Habitat und Ökologie Halophile Dunaliella-Arten wie D. salina kommen überall auf der Welt in hypersalinen Umgebungen vor, wie in Salinen, Salzseen und Kristallisationsteichen (Salzgärten). Einige von ihnen leben auch bei niedrigeren Salzkonzentrationen von ca. 0,05 ᴍ (mol/ℓ), andere in der Nähe der Sättigungsgrenze von NaCl (~5,5 M). Ihre Fähigkeit, in einem so breiten Spektrum von Salzkonzentrationen zu gedeihen, ermöglicht es ihnen, die meisten anderen Organismen in ihrem Lebensraum zu verdrängen, da deren Toleranzen oft nicht so hoch sind. Obwohl die Gattung und ihre Arten seit mehr als hundert Jahren erforscht werden, ist nur sehr wenig über ihre genaue ökologische Dynamik bei bestimmten Umweltbedingungen und im Zusammenspiel mit anderen Organismen bekannt (Stand 2005). Noch weniger Informationen zur Ökologie als von den häufigeren marinen Arten liegen von den vergleichsweise wenigen Süßwasserarten vor. Von den hypersalinen Ökosystemen ist jedoch bekannt, dass Dunaliella dort ein entscheidender Primärproduzent ist, der es anderen Organismen wie Filtrierern und einer Vielzahl von planktonischen Organismen eine Lebensgrundlage bietet. Diese Organismen können fast vollständig oder ganz von dem Kohlenstoff abhängen, den Dunaliella als photosynthetische Alge bindet. Insbesondere ist Dunaliella eine wichtige Nahrung für das Soleplankton Artemia (Salzkrebschen), so dass ein Anstieg der Artemia-Populationen häufig mit einem Rückgang der Dunaliella-Populationen korreliert.
Im Großen Salzsee (Utah) ist Dunaliella ein sehr wichtiger Organismus. Das gilt vor allem im Nordarm, wo sie der wichtigste oder möglicherweise einzige Primärproduzent ist; aber auch im Südarm ist sie ein wichtiger Bestandteil der phototrophen Gemeinschaft. In den 1970er Jahren dominierte Dunaliella die planktische Gemeinschaft des Nordarms. Das Wasser war damals zu salzig, als dass andere Algen hätten gedeihen können. Die Organismen waren horizontal und eher zufällig auf der Oberfläche verteilt, vor allem an Stellen mit wenig Sonnenlicht, wie unter Felsen und Baumstämmen. Sie wurden in Dichten von 200-1.000 Zellen/mℓ und manchmal in Spitzendichten von 3.000–10.000 Zellen/mℓ gefunden. Zuweilen wurden sie auch in größeren Tiefen gefunden. Allerdings ist wenig darüber bekannt, ob dies auf eine für sie unerträglich hohe Lichtintensität an der Oberfläche zurückzuführen ist. Selbst im weniger salzhaltigen Südarm war Dunaliella für verschiedene kurzzeitige Blüten mit bis zu 25.000 Zellen/mℓ verantwortlich. Nach Perioden mit erhöhten Niederschlägen, die den Salzgehalt des Großen Salzsees verringerten, gingen die Populationen in beiden Armen später zurück. Dunaliella wurde mehr und mehr von anderen phototrophen Organismen wie dem Cyanobakterium Nodularia verdrängt.
Im Jahr 2014 wurde berichtet, dass es in den Wintermonaten, wenn die Temperaturen 0 °C erreichen, zu einer großen Ansammlung von runden zystenartigen Zellen kommt, die sich auf dem Boden des Großen Salzsees ablagern. Diese zystenbildende Eigenschaft von Dunaliella muss auch für ihr Überleben im Toten Meer entscheidend gewesen sein, wo die Salzkonzentration n den letzten Jahrzehnten auf so hohe Werte angestiegen ist, dass Dunaliella heute nicht mehr in der Wassersäule zu finden ist. Man stellte jedoch fest, dass Dunaliella auftauchte, wenn das obere Wasser verdünnt wurde. Möglicherweise tauchen die Organismen aus den flachen Sedimenten auf, wo sie sich als Zysten eingekapselt hatten. Zu den Zeiten, in denen die Alge in der Wassersäule zu finden war, zeigte die Überwachung der Populationsrate, dass das Wachstum durch hohe Konzentrationen von Magnesium- und Kalziumionen gehemmt wurde. Dunaliella-Blüten können daher im Toten Meer nur auftreten, wenn das Wasser durch Winterregen ausreichend verdünnt wird und wenn zusätzlich der begrenzende Nährstoff Phosphat ausreichend verfügbar ist.
Viele Dunaliella-Arten, insbesondere D. salina, sind dafür verantwortlich (und auch ziemlich berühmt), dass Seen und Lagunen durch sie rosa bis rot gefärbt sind, wie z. B. der Pink Lake in Westaustralien. Diese hypersalinen Umgebungen werden von ihren β-Carotinpigmenten dominiert, was sich dann recht deutlich zeigt.
Eine neue Dunaliella -Art wurde 2010 in den Höhlen der Atacama-Wüste in Chile entdeckt und D. atacamensis genannt. Diese Algen wachsen entlang von Spinnweben in den Felsspalten und überleben dank des sich auf den Fäden niederschlagenden Kondenswassers.Clara Moskowitz: Extreme Microbe Drinks Dew on Spiderwebs to Live. Auf LifeScience vom 22. September 2010.A. Azúa-Bustos, C. González-Silva, L. Salas, R. E. Palma, R. Vicuña: A novel subaerial Dunaliella species growing on cave spiderwebs in the Atacama Desert. In: Extremophiles, Band 14, S. 443–452, 10. Juli 2010; doi:10.1007/s00792-010-0322-7.
Morphologie und Stoffwechsel Dunaliella ist eine biflagellate (doppelt begeißelte) Grünalge und ein vorwiegend mariner Protist, der in seiner vegetativen, beweglichen Form und je nach Art ellipsoide, eiförmige und zylindrische Formen aufweist, die sich manchmal am hinteren (posterioren) Ende verjüngt. In seinem vegetativen, unbeweglichen Zystenzustand kann sie auch eine annähernd kugelförmige (kokkoid) Gestalt aufweisen. Die Zellen sind in der Regel 7–12 μm lang, wobei es wenige Arten gibt, die auch größer oder kleiner sind; D. salina zum Beispiel ist größer und hat typischerweise eine Länge von 16–24 μm. Die Größe der Zellen hängt aber auch von Umweltbedingungen wie Licht, Salzgehalt und Nährstoffverfügbarkeit ab.
Ihre beiden gleich langen apikalen Geißeln sind etwa 1,5- bis 2,0-mal so lang wie die Zelle selbst und schlagen schnell, wobei sie die Zelle nach vorne ziehen und abrupte Drehbewegungen und Rotationen entlang der Längsachse verursachen.