Son plantas unicelulares y microscópicas; su carácter principal consiste en que tienen su membrana impregnada de sílice, por lo que han recibido el nombre de algas síliceas. Viven aisladas o reunidas por sustancias gelatinosas en cenobios filamentosos (simples o ramificados), laminares o en masas voluminosas de aspecto muy diversos. Los cenobios pueden estar libres o unidos en las plantas u otros objetos en el agua; en este ultimo caso, a menudo se observan un largo pedicelo gelatinoso con una célula en su base.
Las formas de las diatomeas son de las más variadas y elegantes que se pueden imaginar: alargadas, redondas, ovaladas, lanceoladas, elípticas, esferoidales, discoidales, triangulares, poligonales, aciculares, entre otros,…con la circunstancia de que cada especie tiene aspecto distinto según se observe de frente o de lado. Sus dimensiones son también muy diversas y no sólo en distintas especies, sino también en una misma especie: desde pequeñas (5 a 10 micras) hasta las más grandes (8500 micras y más).
Los caracteres más importantes de las diatomeas residen en su membrana, llamada frústula, la cual no contiene celulosa, sino pectina impregnada de sílice. La frústula forma una pieza completa, sino que está constituida de dos valvas que se enchufan una dentro de otra, la mitad superior externa se llama Epiteca (epivalva) y la mitad interna se llama Hipoteca (hipovalva). A está forma especial de frústula se debe una diatomea, vista al microscopio, puede ofrecer dos imágenes muy distintas, según que se observe de frente (cara valvar) o de costado (cara conectiva). Las dos valvas se unen en un sitio llamado zona conectiva, visible únicamente cuando la diatomea se coloca de lado. En algunos grupos de diatomeas se observa, a lo largo de la cara valvar, una línea o estría llamada rafe, que puede ser recta o sinuosa y tiene, en los extremos y en la parte central, unos engrosamientos denominados nódulos.
En la frústula se observan además muy variadas gravaduras en forma de puntos, estrías, retículos, aureolas, entre otros…, los cuales unidos a las formas ya citadas hacen que las mismas presenten vistas al microscopio, aspectos muy llamativo por lo que algunos autores han denominado “las joyas del reino vegetal” como estas gravaduras proporcionan una ornamentación muy típica en la membrana de cada especie se utiliza este carácter en su calificación.
La ornamentación de la frústula son muy variadas pero se pueden agrupar, si se observan por la cara valvar, en dos tipos principales: radial y bilateral. La ornamentación radial es aquella en la que las gravaduras se disponen radialmente a partir de la región central. A esta diatomeas se les llama céntricas (orden centrales) y son características de las aguas marinas. En la ornamentación bilateral las gravaduras se disponen en forma penada, es decir a uno y otro lado del eje longitudinal o del rafe cuando este existe. En este caso se les denomina penadas (orden pennales), las cuales son típicas de agua dulce aunque también las hay marinas.
El protoplasma de las diatomeas tiene generalmente una gran vacuola central, asimismo un núcleo y un número variable de cromatóforos de color pardo- amarillento lo cual se debe a que la clorofila es enmascarada por un pigmento llamado diatomina. Son principalmente autotróficas y como reservas de alimentos almacenan grasas y volumina, faltando el almidón.
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