แม้ว่าแสงจะเป็นส่วนสำคัญในการสร้างออกซิเจนของไดอะตอมสำหรับโลก แต่สิ่งมีชีวิตชนิดนี้ก็ประสบปัญหาในการตรวจจับแหล่งพลังงาน ความเข้มของแสงในน้ำจะลดลงเมื่อความลึกเพิ่มขึ้น การทะลุผ่านของแสงยังแตกต่างกันอย่างมากระหว่างบริเวณชายฝั่งและน่านน้ำเปิด รวมถึงในช่วงฤดูกาลที่เปลี่ยนแปลง ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลให้การแปลงแสงเป็นพลังงานมีประสิทธิภาพน้อยลง คล้ายกับกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช^{[ 62 ]}เมื่อแสงสลัวลง การสังเคราะห์แสงก็จะช้าลง อย่างไรก็ตาม ไดอะตอมมีตัวรับแสง ซึ่งเป็นโปรตีนที่ทำงานด้วยแสง ช่วยให้พวกมันสามารถรับรู้ความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกัน เช่น แสงสีแดงและแสงสีแดงไกล เพื่อตรวจจับแสงในมหาสมุทร^{[ 63 ]}

Phaeodactylum tricornutum

Thalassiosira pseudonana

มีการพิสูจน์แล้วว่าไดอะตอมใช้โฟโตรีเซปเตอร์ที่เรียกว่าไฟโตโครมเพื่อกำหนดความลึกของน้ำเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณแสง ไฟโตโครมสามารถรับรู้แสงสีแดงและแสงสีแดงไกล และเป็นที่ทราบกันดีว่าพบได้ทั้งในพืชและแพลงก์ตอนพืช^{[ 64 ] [ 65 ]}โปรตีนเหล่านี้จะสลับระหว่างสองสถานะที่เรียกว่าแสงสีแดงและแสงสีแดงไกล เพื่อให้สิ่งมีชีวิตสามารถตรวจจับและตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในความเข้มและสเปกตรัมของแสงใต้น้ำที่รับรู้ได้^{[ 66 ]}เนื่องจากเป็นที่ทราบกันดีว่าแสงสีแดงและแสงสีแดงไกลจะลดลงเมื่อความลึกของน้ำเพิ่มขึ้น หลายคนจึงตั้งคำถามถึงความสำคัญของบทบาทของไฟโตโครมเมื่อพูดถึงสิ่งมีชีวิตในทะเล การวิเคราะห์ลำดับดีเอ็นเอสิ่งแวดล้อมที่ได้จากการสำรวจ Tara Oceans [ ^{67 ]}รวมถึงข้อมูลจีโนมจากไดอะตอมที่เพาะเลี้ยงซึ่งแสดงให้เห็นว่ายีนที่เข้ารหัสไฟโตโครมส่วนใหญ่พบในไดอะตอมที่อาศัยอยู่ในเขตอบอุ่นและเขตขั้วโลกในละติจูดกลางถึงสูง^{[ 64 ] แต่}ยีนไฟโตโครมของไดอะตอมดังกล่าวไม่พบในไดอะตอมที่อาศัยอยู่ในน่านน้ำเขตร้อน

การทดลองในห้องปฏิบัติการกับไดอะตอมPhaeodactylum tricornutumแสดงให้เห็นว่าไฟโตโครมของไดอะตอมตอบสนองต่อแสงอย่างไร^{[ 64 ]}การใช้ยีนโปรตีนเรืองแสงสีเหลืองที่ควบคุมโดยไฟโตโครมที่แทรกเข้าไปในไดอะตอมทำให้สามารถติดตามกิจกรรมของมันในการจำลองด้วยสภาวะน้ำลึกได้ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าไดอะตอมได้พัฒนาความไวต่อแสงสีแดงไกลที่ลดลง รวมถึงความไวที่เพิ่มขึ้นต่อแสงสีน้ำเงินและสีเขียวที่มีความเข้มต่ำ ซึ่งมีอยู่มากขึ้นในระดับความลึกที่มากขึ้น^{[ 64 ]}

การกำจัดยีนไฟโตโครมออกจากไดอะตอมThalassiosira pseudonanaที่เติบโตในสภาพแวดล้อมจำลองน้ำลึกที่คล้ายกัน แสดงให้เห็นว่าไดอะตอมกลายพันธุ์มีประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงต่ำกว่า รวมถึงการป้องกันแสงที่ลดลง เมื่อเทียบกับไดอะตอมชนิดป่าที่มียีนไฟโตโครม^{[ 64 ]}และเมื่อทั้งไดอะตอมกลายพันธุ์และชนิดป่าสัมผัสกับแสงสีขาวความเข้มสูง ก็ไม่มีความแตกต่างในปฏิกิริยา

จากการค้นพบเหล่านี้ ผู้เขียนพบว่าไฟโตโครมของไดอะตอมตอบสนองต่อแสงสีฟ้าและสีเขียวในความเข้มต่ำได้ดีกว่าไฟโตโครมของพืชที่ตอบสนองต่อแสงสีแดงและแสงสีแดงไกล^{[ 68 ]}พวกเขาเสนอว่าไฟโตโครมของไดอะตอมมีการปรับตัวทางวิวัฒนาการเพื่อปรับให้เข้ากับน้ำที่รุนแรงในน่านน้ำเปิดของเขตอบอุ่นและเขตขั้วโลก เนื่องจากหน้าที่ของไฟโตโครมของไดอะตอมคือการรับรู้ความลึกของน้ำ จึงให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์อย่างมากแก่ไดอะตอมในภูมิภาคที่มีฤดูกาลแตกต่างกัน ตัวรับแสงเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการช่วยให้แพลงก์ตอนพืชปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีแสงจำกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสภาพแวดล้อมในน้ำลึก

การสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้เป็นแบบไม่อาศัยเพศโดยการแบ่งตัวแบบไบนารีฟิชชันซึ่งไดอะตอมจะแบ่งออกเป็นสองส่วน ทำให้เกิดไดอะตอม "ใหม่" สองตัวที่มีพันธุกรรมเหมือนกัน สิ่งมีชีวิตใหม่แต่ละตัวจะได้รับฟรัสทูล หนึ่งในสองอัน – อันหนึ่งใหญ่กว่า อีกอันเล็กกว่า – จากตัวแม่ ซึ่งตอนนี้เรียกว่าเอพิเทกาและใช้ในการสร้างฟรัสทูลอันที่สองที่เล็กกว่า เรียกว่าไฮโปเทกาไดอะตอมที่ได้รับฟรัสทูลขนาดใหญ่จะมีขนาดเท่ากับตัวแม่ แต่ไดอะตอมที่ได้รับฟรัสทูลขนาดเล็กจะยังคงเล็กกว่าตัวแม่ ทำให้ขนาดเซลล์เฉลี่ยของประชากรไดอะตอมนี้ลดลง^{[ 16 ]}อย่างไรก็ตาม มีการสังเกตว่าบางกลุ่มสิ่งมีชีวิตมีความสามารถในการแบ่งตัวโดยไม่ทำให้ขนาดเซลล์ลดลง^{[ 69 ]}ถึงกระนั้น เพื่อที่จะฟื้นฟูขนาดเซลล์ของประชากรไดอะตอมสำหรับกลุ่มที่ขนาดเซลล์ลดลง จำเป็นต้องมีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศและการสร้างออโซสปอร์^{[ 16 ]}

เซลล์สืบพันธุ์ของไดอะตอมเป็นแบบดิพลอยด์ (2N) ดังนั้นจึงสามารถเกิดไมโอซิส ได้ ทำให้เกิดแกมีตเพศผู้และเพศเมีย ซึ่งจะรวมกันเพื่อสร้าง ไซโกตไซโกตจะสลัดเปลือกซิลิกาออกและเจริญเติบโตเป็นทรงกลมขนาดใหญ่ที่ปกคลุมด้วยเยื่ออินทรีย์ ซึ่งเรียกว่าออโซสปอร์ เซลล์ไดอะตอมใหม่ที่มีขนาดใหญ่ที่สุด ซึ่งเรียกว่าเซลล์เริ่มต้น จะก่อตัวขึ้นภายในออโซสปอร์ จึงเริ่มต้นรุ่นใหม่ สปอร์พักตัวอาจเกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย และจะงอกเมื่อสภาพแวดล้อมดีขึ้น^{[ 38 ]}

ลักษณะเด่นของไดอะตอมทั้งหมดคือผนังเซลล์ซิลิกาแบบจำกัดและแบ่งเป็นสองส่วน ซึ่งทำให้เซลล์หดตัวลงเรื่อยๆ ในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไม่อาศัยเพศ เมื่อเซลล์มีขนาดเล็กมากจนถึงระดับวิกฤตและภายใต้เงื่อนไขบางประการ การสร้างออโซสปอร์จะช่วยฟื้นฟูขนาดเซลล์และป้องกันการตายของโคลน^{[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]}มีเพียงไดอะตอมไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่ได้รับการอธิบายวงจรชีวิตทั้งหมด และแทบจะไม่เคยมีการบันทึกเหตุการณ์การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศในสิ่งแวดล้อมเลย^{[ 30 ]}

ยูคาริโอตส่วนใหญ่สามารถสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศโดยใช้ไมโอซิสการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศดูเหมือนจะเป็นระยะที่จำเป็นในวงจรชีวิตของไดอะตอม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อขนาดเซลล์ลดลงจากการแบ่งตัวแบบไม่อาศัยเพศอย่างต่อเนื่อง^{[ 75 ]} การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศเกี่ยวข้องกับการสร้างแกมีตและการรวมตัวของแกมีตเพื่อสร้างไซโกตซึ่งมีขนาดเซลล์สูงสุด^{[ 75 ]} การส่งสัญญาณที่กระตุ้นระยะการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศจะเกิดขึ้นได้ดีเมื่อเซลล์สะสมอยู่ด้วยกัน เพื่อลดระยะห่างระหว่างเซลล์และทำให้การสัมผัสและ/หรือการรับรู้สัญญาณทางเคมีง่ายขึ้น^{[ 76 ]}

การสำรวจจีโนมของไดอะตอม 5 ชนิดและทรานสคริปโตม ของไดอะตอม 1 ชนิด นำไปสู่การระบุยีน 42 ยีนที่อาจเกี่ยวข้องกับไมโอซิส^{[ 77 ]} ดังนั้นชุดเครื่องมือไมโอซิสจึงดูเหมือนจะได้รับการอนุรักษ์ไว้ในไดอะตอม 6 สายพันธุ์นี้^{[ 77 ]}ซึ่งบ่งชี้ถึงบทบาทสำคัญของไมโอซิสในไดอะตอมเช่นเดียวกับในยูคาริโอตอื่นๆ

ไดอะตอมส่วนใหญ่เคลื่อนที่ไม่ได้อย่างไรก็ตาม สเปิร์มที่พบในบางสปีชีส์อาจมีแฟลเจลลัมแม้ว่าการเคลื่อนที่มักจะจำกัดอยู่เพียงการเลื่อน^{[ 38 ]}ในไดอะตอมแบบเซนทริกแกมีต ตัวผู้ขนาดเล็ก มีแฟลเจลลัม หนึ่งเส้น ในขณะที่แกมีตตัวเมียมีขนาดใหญ่และเคลื่อนที่ไม่ได้ ( โอโอ กามัส ) ในทางกลับกัน ในไดอะตอมแบบเพนเนต แกมีตทั้งสองเพศไม่มีแฟลเจลลัม ( ไอโซกามัส ) ^{[ 16 ]}ไดอะตอมแบบอะราฟิดบางชนิด ซึ่งก็คือได อะตอมแบบเพนเนตที่ไม่มี รอยต่อ (ตะเข็บ) ได้รับการบันทึกว่าเป็นอะนิโซกามัส และดังนั้นจึงถือว่าเป็นระยะเปลี่ยนผ่านระหว่างไดอะตอมแบบเซนทริกและไดอะตอมแบบเพนเนตที่มีรอยต่อ^{[ 69 ]}

แบคทีเรียบางชนิดในมหาสมุทรและทะเลสาบสามารถเร่งอัตราการละลายของซิลิกาในไดอะตอมที่ตายแล้วและยังมีชีวิตอยู่ได้โดยใช้ เอนไซม์ ไฮโดรไลติกเพื่อย่อยสลายสารอินทรีย์ของสาหร่าย^{[ 78 ] [ 79 ]}

ไดอะตอมเป็นกลุ่มที่แพร่หลายและสามารถพบได้ในมหาสมุทรในน้ำจืดในดินและบนพื้นผิวที่ชื้น พวกมันเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของไฟโตแพลงก์ตอนในน่านน้ำชายฝั่งที่อุดมไปด้วยสารอาหารและในช่วงฤดูใบไม้ผลิของมหาสมุทร เนื่องจากพวกมันสามารถแบ่งตัวได้เร็วกว่าไฟโตแพลงก์ตอนกลุ่มอื่น^{[ 81 ]}ส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในน้ำเปิด แม้ว่าบางชนิดจะอาศัยอยู่เป็นฟิล์มบนพื้นผิวที่ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำกับตะกอน ( เบนทิก ) หรือแม้กระทั่งภายใต้สภาพบรรยากาศที่ชื้น พวกมันมีความสำคัญอย่างยิ่งในมหาสมุทร ซึ่งการศึกษาในปี 2003 พบว่าพวกมันมีส่วนช่วยในการผลิต สารอินทรีย์ขั้นต้นทั้งหมดในมหาสมุทรประมาณ 45% ^{[ 82 ]}อย่างไรก็ตาม การศึกษาล่าสุดในปี 2016 ประมาณการว่าตัวเลขนี้ใกล้เคียงกับ 20% มากกว่า^{[ 83 ]}การกระจายตัวเชิงพื้นที่ของชนิดไฟโตแพลงก์ตอนในทะเลถูกจำกัดทั้งในแนวนอนและแนวตั้ง^{[ 84 ] [ 38 ]}

ได อะตอมแพลงก์ตอนในสภาพแวดล้อมน้ำจืดและน้ำทะเลมักแสดงรูปแบบชีวิตแบบ " เฟื่องฟูและล่มสลาย " (หรือ " เบ่ง บานและล่มสลาย") เมื่อสภาพในชั้นผสมด้านบน (สารอาหารและแสง) เอื้ออำนวย (เช่นใน ฤดูใบไม้ผลิ ) ความได้เปรียบในการแข่งขันและอัตราการเติบโตที่รวดเร็ว^{[ 81 ]}ทำให้พวกมันสามารถครอบงำชุมชนไฟโตแพลงก์ตอนได้ ("เฟื่องฟู" หรือ "เบ่งบาน") ด้วยเหตุนี้ พวกมันจึงมักถูกจัดอยู่ในกลุ่มr-strategists ที่ฉวยโอกาส (กล่าวคือ สิ่งมีชีวิตที่มีระบบนิเวศที่กำหนดโดยอัตราการเติบโตสูงr )

ไดอะตอมน้ำจืดDidymosphenia geminataหรือที่รู้จักกันทั่วไปว่าDidymo ก่อให้ เกิดความเสื่อมโทรมของสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรงในแหล่งน้ำที่มันเจริญเติบโต โดยผลิตสารคล้ายวุ้นสีน้ำตาลจำนวนมากที่เรียกว่า "น้ำมูกสีน้ำตาล" หรือ "น้ำมูกหิน" ไดอะตอมชนิดนี้มีถิ่นกำเนิดในยุโรปและเป็นชนิด^{พันธุ์}รุกรานทั้งในซีกโลกใต้และบางส่วนของอเมริกาเหนือ^{[ 85 ] [ 86 ]}ปัญหานี้มักพบได้บ่อยที่สุดในออสเตรเลียและนิวซีแลนด์^[ 87 ^]

เมื่อสภาพแวดล้อมไม่เอื้ออำนวย โดยปกติแล้วจะเกิดขึ้นเมื่อสารอาหารหมดไป เซลล์ไดอะตอมมักจะจมลงเร็วขึ้นและออกจากชั้นน้ำผสมด้านบน ("แตกตัว") การจมลงนี้เกิดจากสาเหตุใดสาเหตุหนึ่งต่อไปนี้: การสูญเสียการควบคุมการลอยตัว การสังเคราะห์เมือกที่ยึดเซลล์ไดอะตอมเข้าด้วยกัน หรือการสร้างสปอร์พักตัว ที่มีน้ำหนักมาก การจมลงจากชั้นน้ำผสมด้านบนช่วยให้ไดอะตอมพ้นจากสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้อต่อการเจริญเติบโต รวมถึงประชากรของสัตว์กินพืชและอุณหภูมิที่สูงขึ้น (ซึ่งหากเกิดขึ้นจะทำให้กระบวนการเผาผลาญ ของเซลล์เพิ่มขึ้น ) เซลล์ที่ไปถึงน้ำลึกหรือพื้นทะเลตื้นสามารถพักตัวได้จนกว่าสภาพแวดล้อมจะเอื้ออำนวยอีกครั้ง ในมหาสมุทรเปิด เซลล์ที่จมลงจำนวนมากจะสูญหายไปในน้ำลึก แต่ประชากรที่หลบภัยสามารถคงอยู่ใกล้กับชั้นเทอร์โมไคลน์ได้

ในที่สุด เซลล์ไดอะตอมในประชากรที่พักตัวเหล่านี้จะกลับเข้าสู่ชั้นผสมด้านบนเมื่อการผสมในแนวดิ่งดึงพวกมันเข้ามา ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ การผสมนี้ยังเติมเต็มสารอาหารในชั้นผสมด้านบน ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับการเบ่งบานของไดอะตอมรอบต่อไป ในมหาสมุทรเปิด (ห่างจากบริเวณที่มีการไหลขึ้น อย่างต่อเนื่อง ^{[ 88 ]} ) วัฏจักรของการเบ่งบาน การสลาย แล้วกลับสู่สภาวะก่อนการเบ่งบานนี้ มักเกิดขึ้นเป็นรอบปี โดยไดอะตอมจะแพร่หลายเฉพาะในช่วงฤดูใบไม้ผลิและต้นฤดูร้อนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในบางพื้นที่ อาจเกิดการเบ่งบานในฤดูใบไม้ร่วง ซึ่งเกิดจากการสลายตัวของการแบ่งชั้นในฤดูร้อนและการดึงสารอาหารเข้ามาในขณะที่ระดับแสงยังคงเพียงพอต่อการเจริญเติบโต เนื่องจากการผสมในแนวดิ่งเพิ่มขึ้น และระดับแสงลดลงเมื่อฤดูหนาวใกล้เข้ามา การเบ่งบานเหล่านี้จึงมีขนาดเล็กกว่าและมีอายุสั้นกว่าการเบ่งบานในฤดูใบไม้ผลิ

ในมหาสมุทรเปิด การแพร่กระจายของไดอะตอม (ในฤดูใบไม้ผลิ) มักจะสิ้นสุดลงเนื่องจากการขาดแคลนซิลิคอน ซึ่งแตกต่างจากแร่ธาตุอื่นๆ ความต้องการซิลิคอนนั้นเป็นเอกลักษณ์เฉพาะของไดอะตอม และมันไม่ถูกสร้างขึ้นใหม่ในระบบนิเวศแพลงก์ตอนอย่างมีประสิทธิภาพเท่ากับสารอาหารอื่นๆ เช่นไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสเราสามารถเห็นได้จากแผนที่แสดงความเข้มข้นของสารอาหารบนผิวน้ำ – เมื่อสารอาหารลดลงตามแนวความลาดชัน ซิลิคอนมักจะเป็นธาตุแรกที่หมดไป (โดยปกติแล้วตามด้วยไนโตรเจนและฟอสฟอรัส)

เนื่องจากวัฏจักรการเจริญเติบโตและการลดลงของไดอะตอมนี้ จึงเชื่อกันว่าไดอะตอมมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการส่งออกคาร์บอนจากผิวน้ำในมหาสมุทร^{[ 88 ] [ 89 ]} (ดูเพิ่มเติมที่ปั๊มชีวภาพ ) ที่สำคัญคือ พวกมันยังมีบทบาทสำคัญในการควบคุมวัฏจักรทางชีวธรณีเคมีของซิลิคอนในมหาสมุทรในปัจจุบัน^{[ 82 ] [ 90 ]}

ไดอะตอมประสบความสำเร็จทางนิเวศวิทยา และพบได้ในสภาพแวดล้อมแทบทุกแห่งที่มีน้ำ ไม่เพียงแต่ในมหาสมุทร ทะเล ทะเลสาบ และลำธารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงดินและพื้นที่ชุ่มน้ำด้วยนักวิจัยหลายคนเชื่อว่าการใช้ซิลิคอนของไดอะตอมเป็นกุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จทางนิเวศวิทยานี้ Raven (1983) ^{[ 91 ]}ตั้งข้อสังเกตว่า เมื่อเทียบกับผนังเซลล์ อินทรีย์ เปลือกซิลิกาต้องการพลังงานในการสังเคราะห์น้อยกว่า (ประมาณ 8% ของผนังเซลล์อินทรีย์ที่เทียบเคียงได้) ซึ่งอาจเป็นการประหยัดพลังงานโดยรวมของเซลล์ได้อย่างมาก ในการศึกษาแบบคลาสสิก Egge และ Aksnes (1992) ^{[ 80 ]}พบว่าการครอบงำ ของไดอะตอม ใน ชุมชน เมโซคอสมมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความพร้อมของกรดซิลิซิก เมื่อความเข้มข้นมากกว่า 2 μmol m ⁻³พวกเขาพบว่าไดอะตอมมักคิดเป็นมากกว่า 70% ของชุมชนแพลงก์ตอนพืช นักวิจัยคนอื่นๆ^{[ 92 ]}ได้แนะนำว่าซิลิกาชีวภาพในผนังเซลล์ของไดอะตอมทำหน้าที่เป็นสารบัฟเฟอร์pH ที่มีประสิทธิภาพ ช่วยให้การเปลี่ยนไบคาร์บอเนตเป็น CO2 ที่ละลายน้ำได้ซึ่งดูดซึมได้ง่ายกว่า) โดยทั่วไปแล้ว ไม่ว่าจะด้วยเหตุผลของข้อดีที่เป็นไปได้เหล่านี้ที่เกิดจากการใช้ซิลิคอนหรือไม่ก็ตาม ไดอะตอมมักจะมีอัตราการเติบโตที่สูงกว่าสาหร่ายชนิดอื่นๆ ที่มีขนาดใกล้เคียงกัน^{[ 81 ]}

ไดอะตอมสามารถหาได้จากหลายแหล่ง^{[ 93 ]}ไดอะตอมในทะเลสามารถเก็บได้โดยการสุ่มตัวอย่างน้ำโดยตรง และไดอะตอมที่อาศัยอยู่บนพื้นทะเลสามารถเก็บได้โดยการขูดเพรียงหอยนางรมและเปลือกหอยอื่นๆ ไดอะตอมมักปรากฏเป็นชั้นเคลือบสีน้ำตาลลื่นๆ บนหินและกิ่งไม้ที่จมอยู่ใต้น้ำ และอาจมองเห็นว่า "ไหล" ไปตามกระแสน้ำในแม่น้ำ โคลนบนผิวน้ำของบ่อ สระน้ำ หรือทะเลสาบ มักจะมีไดอะตอมอยู่เสมอ ไดอะตอมที่มีชีวิตมักพบเกาะอยู่เป็นจำนวนมากบนสาหร่ายเส้นใย หรือก่อตัวเป็นมวลเจลาตินบนพืชใต้น้ำต่างๆCladophoraมักถูกปกคลุมด้วยCocconeisซึ่งเป็นไดอะตอมรูปวงรีVaucheriaมักถูกปกคลุมด้วยรูปแบบขนาดเล็ก เนื่องจากไดอะตอมเป็นส่วนสำคัญของอาหารของหอยเพรียงและปลาทางเดินอาหาร ของสัตว์เหล่านี้จึงมักมีรูปแบบที่ไม่สามารถหาได้ง่าย ด้วยวิธีอื่นๆ ไดอะตอมสามารถเกิดขึ้นได้โดยการเติมน้ำและโคลนลงในขวด ห่อด้วยกระดาษสีดำ และปล่อยให้แสงแดดส่องลงบนผิวน้ำโดยตรง ภายในหนึ่งวัน ไดอะตอมจะลอยขึ้นมาเป็นชั้นบางๆ และสามารถแยกออกมาได้^{[ 93 ]}

แผนภาพแสดงการไหลเวียน หลัก ของซิลิคอนในมหาสมุทรปัจจุบันซิลิกาชีวภาพ ส่วนใหญ่ ในมหาสมุทร ( ซิลิกาที่เกิดจากกิจกรรมทางชีวภาพ ) มาจากไดอะตอม ไดอะตอมจะดูดซับกรดซิลิซิก ที่ละลาย ในน้ำผิวดินขณะที่พวกมันเจริญเติบโต และคืนกลับสู่มวลน้ำเมื่อพวกมันตาย การป้อนซิลิคอนมาจากด้านบนผ่านฝุ่นละอองที่พัด^มาตามลม จากชายฝั่งผ่านแม่น้ำ และจากด้านล่างผ่าน การรีไซเคิล ตะกอนใต้ทะเลการผุพัง และกิจกรรมความร้อนใต้พิภพ [ ^{90 ]}

แม้ว่าไดอะตอมอาจมีอยู่มาตั้งแต่ยุคไทรแอสสิกแต่ช่วงเวลาที่พวกมันขึ้นมามีอำนาจและ "เข้าควบคุม" วัฏจักรซิลิคอนนั้นเกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ ก่อนยุคฟาเนโรโซอิก (ก่อน 544 ล้านปีก่อน) เชื่อกันว่า กระบวนการ ทางจุลชีววิทยาหรืออ นินทรี ย์ควบคุมวัฏจักรซิลิคอนของมหาสมุทรอย่างอ่อนๆ^{[ 94 ] [ 95 ] [ 96 ]}ต่อมา วัฏจักรนี้ดูเหมือนจะถูกครอบงำ (และควบคุมอย่างเข้มงวดมากขึ้น) โดยเรดิโอลาเรียนและฟองน้ำซิลิเซียส โดย เรดิโอลาเรียนเป็นแพลงก์ ตอนสัตว์ ส่วน ฟองน้ำ ซิลิเซียส เป็น สัตว์กรองอาหาร ที่อยู่กับที่ โดยส่วนใหญ่ อยู่บนไหล่ทวีป^{[ 97 ]}ภายใน 100 ล้านปีที่ผ่านมา เชื่อกันว่าวัฏจักรซิลิคอนอยู่ภายใต้การควบคุมที่เข้มงวดมากขึ้น และสิ่งนี้เกิดจากการขึ้นมามีอำนาจทางนิเวศวิทยาของไดอะตอม

อย่างไรก็ตาม ช่วงเวลาที่แน่นอนของการ "เข้ายึดครอง" ยังคงไม่ชัดเจน และผู้เขียนหลายคนมีการตีความบันทึกฟอสซิลที่ขัดแย้งกัน หลักฐานบางอย่าง เช่น การเคลื่อนย้ายฟองน้ำซิลิกาจากชั้นหิน^{[ 98 ]}ชี้ให้เห็นว่าการเข้ายึดครองนี้เริ่มต้นในยุคครีเทเชียส (146 ล้านปีถึง 66 ล้านปี) ในขณะที่หลักฐานจากเรดิโอลาเรียนชี้ให้เห็นว่า "การเข้ายึดครอง" ไม่ได้เริ่มต้นจนกระทั่งยุคซีโนโซอิก (66 ล้านปีถึงปัจจุบัน) ^{[ 99 ]}

• 
  วัฏจักรคาร์บอนในมหาสมุทรและกลไกความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในไดอะตอม^{[ 100 ]}

แผนภาพแสดงกลไกบางอย่างที่ไดอะตอมในทะเลมีส่วนช่วยในการดูดซับคาร์บอนทางชีวภาพและส่งผลต่อวัฏจักรคาร์บอนในมหาสมุทร การปล่อยก๊าซ CO2) จากกิจกรรมของมนุษย์สู่ชั้นบรรยากาศ (ส่วนใหญ่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลและการตัดไม้ทำลายป่า) มีปริมาณเกือบ 11 ^กิกะคาร์บอน (GtC) ต่อปี ซึ่งเกือบ 2.5 GtC ถูกดูดซับโดยน้ำทะเลผิวน้ำ ในน้ำทะเลผิวน้ำ ( pH 8.1–8.4) ไบคาร์บอเนต ( HCO ⁻ ) และ ไอออน คาร์บอเนต ( CO2−3 ) ประกอบกันเป็น คาร์บอนอนินทรีย์ละลาย (DIC) ประมาณ 90% และ <10% ตามลำดับ ในขณะที่ ละลาย (CO2 น้ำ) มีส่วนร่วม <1% แม้จะมีระดับ CO2 ในมหาสมุทรต่ำอัตราการแพร่กระจายในน้ำช้า แต่ไดอะตอมสามารถตรึงคาร์บอนได้ 10–20 GtC ต่อปีผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงด้วยกลไกการรวมตัวของคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้พวกมันสามารถรักษา ระบบนิเวศในห่วง โซ่อาหารทางทะเลได้ นอกจากนี้ 0.1–1% ของสารอินทรีย์ที่ผลิตในชั้นยูโฟติกจะจมลงเป็นอนุภาค จึงถ่ายโอนคาร์บอนบนพื้นผิวไปยังมหาสมุทรลึกและ กักเก็บ ในบรรยากาศเป็นเวลาหลายพันปีหรือนานกว่านั้นสารอินทรีย์ ที่เหลือ จะถูกแร่ธาตุคืนผ่านการหายใจ ดังนั้น ไดอะตอมจึงเป็นหนึ่งในผู้เล่นหลักในปั๊มคาร์บอนทางชีวภาพนี้ ซึ่งอาจกล่าวได้ว่าเป็นกลไกทางชีวภาพที่สำคัญที่สุดในระบบโลกที่ช่วยให้ CO2 กำจัดออกจากวัฏจักรคาร์บอนเป็นระยะเวลานานมาก^{[ 101 ] [ 100 ]}

• 
  วงจรยูเรียของไมโตคอนเดรียในเซลล์ไดอะตอมทั่วไปและชะตากรรมที่เป็นไปได้ของสารตัวกลางในวงจรยูเรีย^{[ 102 ]}

ลักษณะเด่นอย่างหนึ่งของไดอะตอมคือวงจรยูเรียซึ่งเป็นลักษณะที่พบได้ในสัตว์เช่นกัน ในปี 2011 Allen และคณะได้พิสูจน์แล้วว่าไดอะตอมมีวงจรยูเรียที่ทำงานได้ ผลลัพธ์นี้มีความสำคัญมาก เนื่องจากก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าวงจรยูเรียมีต้นกำเนิดมาจากสัตว์หลายเซลล์ซึ่งปรากฏขึ้นหลายร้อยล้านปีก่อนไดอะตอม การศึกษาของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าถึงแม้ไดอะตอมและสัตว์จะใช้วงจรยูเรียเพื่อจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน แต่ก็พบว่าพวกมันมีลักษณะร่วมกันนี้ ซึ่งสิ่งมีชีวิตที่ใกล้เคียงกันมากกว่า เช่น พืช ขาดไป^{[ 103 ]}

แม้ว่า ไมโทคอนเดรียมักจะถูกมองข้ามในสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสง แต่ ไมโทคอนเด รียก็มีบทบาทสำคัญในการรักษาสมดุลพลังงานเช่นกัน เส้นทางที่เกี่ยวข้องกับไนโตรเจนสองเส้นทางมีความสำคัญและอาจเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้ โภชนาการ แอมโมเนียม ( NH ⁺ ) เมื่อเทียบกับ โภชนาการ ไนเตรต ( NO ⁻ ) ประการแรก ในไดอะตอม และอาจรวมถึงสาหร่ายชนิดอื่น ๆ ด้วย มีวัฏจักรยูเรีย^{[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]}หน้าที่ที่ทราบกันมานานของวัฏจักรยูเรียในสัตว์คือการขับถ่ายไนโตรเจนส่วนเกินที่เกิดจากการสลายกรดอะมิโนเช่นเดียวกับการหายใจแสงวัฏจักรยูเรียถูกมองว่าเป็นเส้นทางของเสียมานานแล้ว อย่างไรก็ตาม ในไดอะตอม วัฏจักรยูเรียดูเหมือนจะมีบทบาทในการแลกเปลี่ยนสารอาหารระหว่างไมโทคอนเดรียและไซโทพลาสซึมและอาจรวมถึงพลาสติดด้วย^{[ 107 ]}และอาจช่วยควบคุมการเผาผลาญแอมโมเนียม^{[ 104 ] [ 105 ]}เนื่องจากวัฏจักรนี้ ไดอะตอมในทะเลจึงต่างจากคลอโรไฟต์ตรงที่มีตัวขนส่งยูเรีย ในไมโทคอนเดรีย และในความเป็นจริง จากข้อมูลชีวสารสนเทศได้มีการตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับวัฏจักรGS-GOGATในไมโทคอนเดรียที่สมบูรณ์^{[ 105 ] [ 102 ]}

ไดอะตอมส่วนใหญ่สังเคราะห์แสงได้ แต่บางชนิดเป็นเฮเทอโรโทรฟ แบบบังคับ และสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้โดยปราศจากแสงหากมีแหล่งคาร์บอนอินทรีย์ที่เหมาะสม^{[ 108 ] [ 109 ]}

ไดอะตอมสังเคราะห์แสงที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนและ/หรือแสงแดดสามารถเปลี่ยนไปใช้การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่เรียกว่าการหายใจไนเตรต (DNRA) และอยู่ในสภาวะพักตัวได้นานหลายเดือนหรือหลายทศวรรษ^{[ 110 ] [ 111 ]}

รงควัตถุหลักของไดอะตอม ได้แก่คลอโรฟิลล์เอและซีเบต้าแคโรทีน ฟูโคแซนทิน ไดอะทอกแซนทิน และไดอะดินอกแซนทิน^{[ 16 ]}

เชื่อกันว่ามี ไดอะตอมที่ยังมี ชีวิตอยู่ ประมาณ 20,000 ชนิดซึ่งประมาณ 12,000 ชนิดได้รับการตั้งชื่อแล้ว ตามข้อมูลของ Guiry, 2012 ^{[ 112 ]} (แหล่งข้อมูลอื่นให้ช่วงการประมาณการที่กว้างกว่า^{[ 16 ] [ 113 ] [ 114 ] [ 115 ]} ) มีการอธิบายสกุลของไดอะตอมประมาณ 1,000–1,300 สกุล ทั้งที่ยังมีชีวิตอยู่และฟอสซิล^{[ 116 ] [ 117 ]}ซึ่งประมาณ 250–300 สกุลมีอยู่เฉพาะในรูปฟอสซิลเท่านั้น^{[ 118 ]}

เป็นเวลาหลายปีที่ไดอะตอม—ซึ่งถูกจัดอยู่ในระดับชั้น (Bacillariophyceae) หรือระดับไฟลัม (Bacillariophyta)—ถูกแบ่งออกเป็นเพียง 2 อันดับ โดยสอดคล้องกับไดอะตอมแบบเซนทริกและแบบเพนเนต ( CentralesและPennales ) การจำแนกประเภทนี้ได้รับการปรับปรุงแก้ไขอย่างกว้างขวางโดย Round, Crawford และ Mann ในปี 1990 ซึ่งจัดให้ไดอะตอมอยู่ในระดับที่สูงขึ้น (ระดับดิวิชั่น ซึ่งเทียบเท่ากับไฟลัมในการจำแนกทางสัตววิทยา) และยกระดับหน่วยการจำแนกหลักไปเป็นระดับชั้น โดยยังคงไดอะตอมแบบเซนทริกไว้เป็นชั้นเดียวคือCoscinodiscophyceaeแต่แยกไดอะตอมแบบเพนเนตเดิมออกเป็น 2 ชั้น คือFragilariophyceaeและ Bacillariophyceae (ชื่อเดิมของ Bacillariophyceae ยังคงอยู่ แต่มีการแก้ไขความหมาย) ซึ่งรวมกันแล้วมี 45 อันดับ ส่วนใหญ่เป็นอันดับที่ใหม่

ณ ปี 2020 เป็นที่ยอมรับกันว่าระบบของ Round et al. ในปี 1990 จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงแก้ไขเนื่องจากงานวิจัยทางโมเลกุลใหม่ๆ ที่เกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม ยังไม่ชัดเจนว่าระบบใดเหมาะสมที่สุดที่จะมาแทนที่ ระบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน เช่นAlgaeBase , World Register of Marine Speciesและฐานข้อมูลที่เกี่ยวข้องอย่างDiatomBaseรวมถึงระบบสำหรับ "สิ่งมีชีวิตทั้งหมด" ที่นำเสนอใน Ruggiero et al., 2015 ต่างก็ยังคงใช้การจัดจำแนกของ Round et al. เป็นพื้นฐาน แม้ว่าไดอะตอมโดยรวมจะถูกจัดเป็นคลาสแทนที่จะเป็นดิวิชั่น/ไฟลัม และคลาสของ Round et al. จะถูกลดระดับเป็นซับคลาส เพื่อให้สอดคล้องกับการจัดจำแนกกลุ่มที่มีความสัมพันธ์ทางสายวิวัฒนาการและกลุ่มย่อยที่อยู่ในกลุ่มเหล่านั้นได้ดียิ่งขึ้น (สำหรับข้อมูลอ้างอิง โปรดดูในแต่ละส่วนด้านล่าง)

ข้อเสนอหนึ่งโดยลินดา เมดลินและคณะ เริ่มต้นในปี 2547 พิจารณาว่าไดอะตอมแบบเซนทริกบางชนิดที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับไดอะตอมแบบเพนเนตควรแยกออกมาเป็นคลาสใหม่ คือ เมดิโอไฟซี (Mediophyceae) ซึ่งมีความสอดคล้องกับไดอะตอมแบบเพนเนตมากกว่าไดอะตอมแบบเซนทริกที่เหลืออยู่ สมมติฐานนี้—ซึ่งต่อมาได้รับการกำหนดชื่อว่า สมมติฐาน Coscinodiscophyceae-Mediophyceae-Bacillariophyceae หรือ Coscinodiscophyceae+(Mediophyceae+Bacillariophyceae) (CMB)—ได้รับการยอมรับจากดี.จี. แมนน์ และคนอื่นๆ ซึ่งใช้เป็นพื้นฐานในการจำแนกประเภทของไดอะตอมดังที่นำเสนอใน Adl ชุดการสังเคราะห์ของ Medlin และคณะ (2005, 2012, 2019) และในบท Bacillariophyta ของHandbook of the Protists ปี 2017 ที่แก้ไขโดย Archibald และคณะ โดยมีการปรับเปลี่ยนบางส่วนเพื่อสะท้อนถึงการที่กลุ่ม "Coscinodiscophyceae" ดั้งเดิมของ Medlin และคณะ ไม่ได้เป็นกลุ่มโมโนฟิเลติกอย่างชัดเจน ในขณะเดียวกัน กลุ่มที่นำโดย EC Theriot สนับสนุนสมมติฐานทางวิวัฒนาการที่แตกต่างออกไป ซึ่งเรียกว่าสมมติฐานการไล่ระดับโครงสร้าง (Structural Gradation Hypothesis: SGH) และไม่ยอมรับ Mediophyceae ว่าเป็นกลุ่มโมโนฟิเลติก การวิเคราะห์อีกครั้งโดย Parks et al., 2018 พบว่าไดอะตอมแบบรัศมีศูนย์กลาง (Coscinodiscophyceae ของ Medlin et al.) ไม่ใช่กลุ่มโมโนฟิเลติก แต่สนับสนุนความเป็นโมโนฟิเลติกของ Mediophyceae ลบด้วยAttheyaซึ่งเป็นสกุลที่ผิดปกติ การอภิปรายเกี่ยวกับข้อดีข้อเสียของแผนการที่ขัดแย้งกันเหล่านี้ยังคงดำเนินต่อไปโดยฝ่ายต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง^{[ 119 ] [ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]}

คลอโรพลาสต์ของเฮเทอโรคอนต์ดูเหมือนจะสืบเชื้อสายมาจากคลอโรพลาสต์ของสาหร่ายสีแดงมากกว่าที่จะสืบเชื้อสายโดยตรงจากโปรคาริโอตอย่างที่พบในพืชสิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าพวกมันมีต้นกำเนิดที่ใหม่กว่าสาหร่ายชนิดอื่นๆ อย่างไรก็ตาม หลักฐานฟอสซิลมีน้อย และมีเพียงวิวัฒนาการของไดอะตอมเท่านั้นที่ทำให้เฮเทอโรคอนต์มีบทบาทสำคัญในบันทึกฟอสซิล

ฟอสซิลไดอะตอมที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักมีอายุย้อนไปถึงยุคจูราสสิก ตอนต้น (~185 ล้านปีก่อน ) ^{[ 123 ]}แม้ว่านาฬิกาโมเลกุล^{[ 123 ]}และ หลักฐาน จากตะกอน^{[ 124 ]}จะบ่งชี้ถึงต้นกำเนิดที่เก่ากว่านั้นก็ตาม มีการเสนอแนะว่าต้นกำเนิดของพวกมันอาจเกี่ยวข้องกับการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ในช่วงปลายยุคเพอร์เมียน (~250 ล้านปีก่อน) หลังจากนั้นช่องว่าง ทางทะเลหลายแห่ง ก็เปิดขึ้น^{[ 125 ]}ช่องว่างระหว่างเหตุการณ์นี้กับช่วงเวลาที่ฟอสซิลไดอะตอมปรากฏขึ้นครั้งแรกอาจบ่งชี้ถึงช่วงเวลาที่ไดอะตอมยังไม่เกิดซิลิกาและวิวัฒนาการของพวกมันยังไม่ชัดเจน^{[ 126 ]}นับตั้งแต่การเกิดซิลิกา ไดอะตอมได้สร้างความประทับใจอย่างมากในบันทึกฟอสซิล โดยพบแหล่งสะสมฟอสซิลขนาดใหญ่ย้อนกลับไปไกลถึงยุคครีเทเชียส ตอนต้น และหินบางชนิด เช่นดินไดอะตอมประกอบด้วยไดอะตอมเกือบทั้งหมด

เชื่อกันว่าการขยายตัวของระบบนิเวศทุ่งหญ้า และการวิวัฒนาการของหญ้าในช่วงไมโอซีน ทำให้ปริมาณซิลิคอนที่ละลายได้ไหลลงสู่มหาสมุทรเพิ่มขึ้น และมีการโต้แย้งว่าสิ่งนี้ส่งเสริมให้ไดอะตอมเจริญเติบโตในช่วงยุคซีโนโซอิก ^{[ 127 ] [ 128 ]}งานวิจัยล่าสุดชี้ให้เห็นว่าความสำเร็จของไดอะตอมไม่ได้เชื่อมโยงกับการวิวัฒนาการของหญ้า แม้ว่าความหลากหลายของทั้งไดอะตอมและทุ่งหญ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างมากตั้งแต่ช่วงกลางไมโอซีน^{[ 129 ]}

ความหลากหลายของไดอะตอมในช่วงยุคซีโนโซอิกมีความไวต่ออุณหภูมิโลกเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเส้นศูนย์สูตรและขั้วโลก มหาสมุทรที่อุ่นขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณขั้วโลกที่อุ่นขึ้น ในอดีตแสดงให้เห็นว่ามีความหลากหลายของไดอะตอมลดลงอย่างมาก มหาสมุทรที่อุ่นขึ้นในอนาคตพร้อมกับภาวะโลกร้อนที่ขั้วโลกที่เพิ่มมากขึ้น ตามที่คาดการณ์ไว้ในสถานการณ์ภาวะโลกร้อน^{[ 130 ]}จึงอาจส่งผลให้ความหลากหลายของไดอะตอมลดลงอย่างมากในทางทฤษฎี แม้ว่าจากความรู้ในปัจจุบัน เป็นไปไม่ได้ที่จะบอกว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วหรือเกิดขึ้นหลังจากผ่านไปหลายหมื่นปี^{[ 129 ]}

บันทึกฟอสซิลของไดอะตอมส่วนใหญ่ได้รับการสร้างขึ้นจากการค้นพบเปลือก ซิลิกาของพวกมัน ในตะกอนทางทะเลและนอกทะเล แม้ว่าไดอะตอมจะมีบันทึกทางธรณีวิทยาในทั้งทางทะเลและนอกทะเล แต่ชีวธรณีวิทยา ของไดอะตอม ซึ่งอิงตามการกำเนิดและการสูญพันธุ์ของอนุกรมวิธานเฉพาะที่จำกัดเวลา ได้รับการพัฒนาและนำไปใช้อย่างกว้างขวางในระบบทางทะเลเท่านั้น ระยะเวลาของช่วงการกระจายพันธุ์ของไดอะตอมได้รับการบันทึกไว้ผ่านการศึกษาแกนมหาสมุทรและลำดับชั้นหินที่เปิดเผยบนบก^{[ 131 ]} ในบริเวณที่ เขตชีวภาพของไดอะตอมได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างดีและปรับเทียบกับมาตราเวลาขั้วแม่เหล็กโลก (เช่นมหาสมุทรใต้มหาสมุทรแปซิฟิกเหนือมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออกบริเวณเส้นศูนย์สูตร) ​​การประมาณอายุตามไดอะตอมอาจมีความละเอียดภายใน <100,000 ปี แม้ว่าความละเอียดของอายุโดยทั่วไปสำหรับ กลุ่มไดอะตอม ในยุคซีโนโซอิกจะอยู่ที่หลายแสนปี

ไดอะตอมที่ถูกเก็บรักษาไว้ในตะกอนทะเลสาบถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างแบบจำลองสภาพแวดล้อมโบราณของ สภาพภูมิอากาศในยุค ควอเทอร์นารีโดยเฉพาะอย่างยิ่งในทะเลสาบปิดที่ประสบกับความผันผวนของระดับน้ำและความเค็ม

เมื่อไดอะตอมตาย เปลือกของพวกมัน ( ฟรัสทูล ) สามารถตกตะกอนลงบนพื้นทะเลและกลายเป็นไมโครฟอสซิลเมื่อเวลาผ่านไป ไมโครฟอสซิลเหล่านี้จะถูกฝังเป็น ตะกอน โอปอลในตะกอนทะเลธรณีวิทยาภูมิอากาศโบราณคือการศึกษาภูมิอากาศในอดีตข้อมูลตัวแทนถูกนำมาใช้เพื่อเชื่อมโยงองค์ประกอบที่เก็บรวบรวมในตัวอย่างตะกอนในปัจจุบันกับสภาพภูมิอากาศและสภาพมหาสมุทรในอดีตตัวแทนภูมิอากาศโบราณหมายถึงเครื่องหมายทางกายภาพที่ได้รับการอนุรักษ์หรือกลายเป็นฟอสซิลซึ่งทำหน้าที่แทนการวัดทางอุตุนิยมวิทยาหรือมหาสมุทรโดยตรง^{[ 132 ]}ตัวอย่างของตัวแทนคือการใช้บันทึกไอโซโทป ของไดอะตอม ของδ13C , δ18O , δ30Si ( δ13C , δ18O และ δ30Si ) ในปี 2015 Swann และ Snelling ใช้บันทึกไอโซโทปเหล่านี้เพื่อบันทึกการเปลี่ยนแปลงทางประวัติศาสตร์ของสภาพเขตแสงในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตก เฉียงเหนือ รวมถึงการจัดหาสารอาหารและประสิทธิภาพของ ปั๊มชีวภาพเนื้อเยื่ออ่อนตั้งแต่ยุคปัจจุบันย้อนกลับไปถึงช่วงไอโซโทปทางทะเล 5eซึ่งตรงกับช่วงระหว่างยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้ายจุดสูงสุดของผลผลิตโอปอลในช่วงไอโซโทปทางทะเลเกี่ยวข้องกับการแตกสลายของ การแบ่งชั้น ฮาโลไคลน์ ระดับภูมิภาค และการจัดหาสารอาหารที่เพิ่มขึ้นให้กับ^เขตแสง [ ^{133 ]}

การพัฒนาเริ่มต้นของชั้นความเค็มและชั้นน้ำที่มีการแบ่งชั้นนั้นเกิดจากการเริ่มต้นของยุคน้ำแข็งครั้งใหญ่ในซีกโลกเหนือเมื่อ 2.73 ล้านปีก่อน ซึ่งทำให้ปริมาณน้ำจืดที่ไหลเข้าสู่ภูมิภาคเพิ่มขึ้น ผ่านปริมาณน้ำฝนจากมรสุมและ/หรือน้ำละลายจากธารน้ำแข็งที่เพิ่มขึ้น และอุณหภูมิผิวน้ำทะเล ที่สูงขึ้น ^{[ 134 ] [ 135 ] [ 136 ] [ 137 ]}การลดลงของ การไหลขึ้นของน้ำ จากก้นทะเลที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ อาจมีส่วนทำให้เกิดสภาวะที่เย็นลงทั่วโลกและการขยายตัวของธารน้ำแข็งทั่วซีกโลกเหนือตั้งแต่ 2.73 ล้านปีก่อน^{[ 135 ]}ในขณะที่ชั้นความเค็มดูเหมือนจะคงอยู่ตลอดช่วงปลายยุคไพลโอซีนและต้นยุคควอเทอร์นารีระหว่างยุคน้ำแข็งและยุคระหว่างน้ำแข็ง [ ^{138 ]}การศึกษาอื่นๆ แสดงให้เห็นว่าขอบเขตการแบ่งชั้นอาจพังทลายลงในช่วงปลายยุคควอเทอร์นารีเมื่อสิ้นสุด ยุค ^{น้ำแข็ง}และในช่วงต้นของยุคระหว่างน้ำแข็ง^{[ 139 ] [ 140 ] [ 141 ] [ 142 ] [ 143 ] [ 133 ]}

บันทึก ของไดอะตอม ในยุคครีเทเชียสมีจำกัด แต่การศึกษาล่าสุดเผยให้เห็นถึงการกระจายตัวของไดอะตอมประเภทต่างๆ อย่างต่อเนื่องเหตุการณ์การสูญพันธุ์ในยุคครีเทเชียส-พาลีโอจีนซึ่งในมหาสมุทรส่งผลกระทบอย่างมากต่อสิ่งมีชีวิตที่มีโครงกระดูกเป็นแคลเซียม ดูเหมือนว่าจะมีผลกระทบต่อวิวัฒนาการของไดอะตอมค่อนข้างน้อย^{[ 144 ]}

แม้ว่าจะไม่มีการสังเกตการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ของไดอะตอมในทะเลในช่วงยุคซีโนโซอิกแต่ช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการที่ค่อนข้างรวดเร็วในกลุ่มสปีชีส์ไดอะตอมในทะเลเกิดขึ้นใกล้กับขอบเขต ยุค พาลีโอซีน - อีโอซีน^{[ 145 ]}และที่ขอบเขตยุคอีโอซีน - โอลิโกซีน^{[ 146 ]}การเปลี่ยนแปลงของกลุ่มสปีชีส์เพิ่มเติมเกิดขึ้นในช่วงเวลาต่างๆ ระหว่างกลางยุคไมโอซีนและปลายยุคพลิโอซีน^[ 147 ^{] เพื่อ}ตอบสนองต่อการเย็นตัวลงอย่างต่อเนื่องของภูมิภาคขั้วโลกและการพัฒนาของกลุ่มไดอะตอมเฉพาะถิ่นมากขึ้น

แนวโน้มทั่วโลกที่นำไปสู่เปลือกไดอะตอมที่บอบบางมากขึ้นได้รับการสังเกตตั้งแต่ยุคโอลิโกซีนถึงยุคควอเทอร์นารี [ ^{131 ] ซึ่ง}สอดคล้องกับการหมุนเวียนของน้ำผิวดินและน้ำลึกในมหาสมุทรที่รุนแรงขึ้นเรื่อยๆ อันเนื่องมาจากความแตกต่างของอุณหภูมิตามละติจูดที่เพิ่มขึ้นในช่วงเริ่มต้นของ การขยายตัวของ แผ่นน้ำแข็ง ขนาดใหญ่ ในทวีปแอนตาร์กติกาและการเย็นตัวลงอย่างต่อเนื่องตลอดช่วง ยุค นีโอจีนและควอเทอร์นารีไปสู่โลกที่มีธารน้ำแข็งสองขั้ว ส่งผลให้ไดอะตอมดูดซับซิลิกาน้อยลงสำหรับการสร้างเปลือกของพวกมัน การผสมผสานของมหาสมุทรที่เพิ่มขึ้นจะช่วยฟื้นฟูซิลิกาและสารอาหารอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของไดอะตอมในน้ำผิวดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณชายฝั่งและบริเวณที่มีการไหลขึ้น ของ น้ำ ในมหาสมุทร

ในปี พ.ศ. 2545 ข้อมูลเชิงลึกแรกเกี่ยวกับคุณสมบัติของ ยีนเรเพอร์ทัวร์ ของ Phaeodactylum tricornutumได้รับการอธิบายโดยใช้แท็กแสดงลำดับ (ESTs) จำนวน 1,000 รายการ ^{[ 148 ]}ต่อมา จำนวน ESTs ได้ขยายเป็น 12,000 รายการ และฐานข้อมูล EST ของไดอะตอมถูกสร้างขึ้นเพื่อการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน^{[ 149 ]}ลำดับเหล่านี้ถูกนำมาใช้เพื่อทำการวิเคราะห์เปรียบเทียบระหว่างP. tricornutumและโปรตีโอมที่สมบูรณ์ที่คาดการณ์ไว้จากสาหร่ายสีเขียวChlamydomonas reinhardtiiสาหร่ายสีแดงCyanidioschyzon merolaeและไดอะตอมThalassiosira pseudonana ^{[ 150 ]}ปัจจุบันฐานข้อมูล EST ของไดอะตอมประกอบด้วย EST มากกว่า 200,000 รายการจาก เซลล์ P. tricornutum (16 ไลบรารี) และT. pseudonana (7 ไลบรารี) ที่ปลูกในสภาวะต่างๆ มากมาย ซึ่งหลายสภาวะสอดคล้องกับความเครียดจากปัจจัยทางกายภาพที่แตกต่างกัน^{[ 151 ]}

ในปี พ.ศ. 2547 จีโนม ทั้งหมด ของไดอะตอมแบบเซนทริกThalassiosira pseudonana (32.4 Mb) ได้รับการจัดลำดับ^{[ 152 ]}ตามมาด้วยการจัดลำดับของไดอะตอมแบบเพนเนตPhaeodactylum tricornutum (27.4 Mb) ในปี พ.ศ. 2551 ^{[ 153 ]}การเปรียบเทียบทั้งสองเผยให้เห็นว่า จีโนมของ P. tricornutumมีจำนวนยีนน้อยกว่า (10,402 เทียบกับ 11,776) เมื่อเทียบกับT. pseudonana ; ไม่พบความสัมพันธ์หลัก (ลำดับยีน) ระหว่างจีโนมทั้งสอง ยีนของT. pseudonanaแสดงให้เห็นอินทรอนเฉลี่ยประมาณ 1.52 ต่อยีน เทียบกับ 0.79 ในP. tricornutumซึ่งบ่งชี้ถึงการเพิ่มขึ้นของอินทรอนอย่างแพร่หลายในไดอะตอมแบบเซนทริกเมื่อไม่นานมานี้^{[ 153 ] [ 154 ]}แม้ว่าการแยกสายวิวัฒนาการจะเกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ (90 ล้านปี) แต่ขอบเขตของการแยกสายโมเลกุลระหว่างเซนทริกและเพนเนตบ่งชี้ถึงอัตราการวิวัฒนาการที่รวดเร็วภายในBacillariophyceaeเมื่อเทียบกับกลุ่มยูคาริโอต อื่นๆ ^{[ 153 ]}จีโนมิกส์เชิงเปรียบเทียบ ยังพบว่า องค์ประกอบเคลื่อนย้ายได้เฉพาะกลุ่มหนึ่ง คือไดอะตอมโคเปีย-ไลค์ เรโทรทรานสโพซอน (หรือ CoDis) ได้รับการขยายจำนวนอย่างมีนัยสำคัญใน จีโนมของ P. tricornutumเมื่อเทียบกับT. pseudonanaซึ่งคิดเป็น 5.8 และ 1% ของจีโนมตามลำดับ^{[ 155 ]}แม้ว่าจะมีความก้าวหน้าทางจีโนมิกส์เหล่านี้ การบูรณาการวิธีการทางโมเลกุลในการวิจัยไดอะตอมยังคงค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับกลุ่มยูคาริโอต อื่นๆ ^{[ 156 ]}

การศึกษาจีโนมของไดอะตอมได้ให้ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับขอบเขตและพลวัตของ กระบวนการ ถ่ายโอนยีน แบบเอนโดซิมไบโอติก (EGT) การเปรียบเทียบโปรตีนของT. pseudonanaกับโปรตีนที่คล้ายคลึงกันในสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ชี้ให้เห็นว่าโปรตีนหลายร้อยชนิดมีโปรตีนที่คล้ายคลึงกันมากที่สุดในกลุ่มพืช (Plantae) กระบวนการ EGT ไปสู่จีโนมของไดอะตอมสามารถแสดงให้เห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่า จีโนมของ T. pseudonanaเข้ารหัสโปรตีนหกชนิดที่มีความสัมพันธ์ใกล้เคียงที่สุดกับยีนที่เข้ารหัสโดย จีโนมของนิวคลี โอเมอ ร์ ของ Guillardia theta ( คริปโตโมแนด ) ยีนสี่ชนิดนี้ยังพบในจีโนมพลาสติดของสาหร่ายสีแดงด้วย ซึ่งแสดงให้เห็นถึงกระบวนการ EGT ที่ต่อเนื่องจากพลาสติดของสาหร่ายสีแดงไปยังนิวเคลียส (นิวคลีโอเมอร์) ของสาหร่ายสีแดง และไปยังนิวเคลียสของโฮสต์เฮเทอโรคอนต์^{[ 152 ]}การวิเคราะห์ทางไฟโลจีโนมิกส์ล่าสุดของโปรตีโอมของไดอะตอมได้ให้หลักฐานเกี่ยวกับเอน โดซิมไบออนต์ที่คล้ายกับ พราซิโนไฟต์ในบรรพบุรุษร่วมของโครมัลวี โอเลต โดยได้รับการสนับสนุนจากข้อเท็จจริงที่ว่า 70% ของยีนไดอะตอมที่มีต้นกำเนิดจาก Plantae มาจากสายพันธุ์สีเขียว และยีนดังกล่าวก็พบในจีโนมของสเตรเมโนไพล์ อื่นๆ ด้วย ดังนั้นจึงมีการเสนอว่าโครมัลวีโอเลตเป็นผลผลิตของการเกิดเอนโดซิมไบโอซิสทุติยภูมิ แบบอนุกรม โดยเริ่มจากเอนโดซิมไบโอซิสทุติยภูมิกับสาหร่ายสีเขียว ก่อน ตามด้วยเอนโดซิมไบโอซิสทุติยภูมิกับสาหร่ายสีแดงซึ่งรักษาร่องรอยทางจีโนมของเอนโดซิมไบโอซิสก่อนหน้าไว้ แต่ได้แทนที่พลาสติดสีเขียว^{[ 157 ]}อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ทางไฟโลจีโนมิกส์ของโปรตีโอมของไดอะตอมและประวัติวิวัฒนาการของโครมัลวีโอเลตน่าจะใช้ประโยชน์จากข้อมูลจีโนมเสริมจากสายพันธุ์ที่มีการจัดลำดับจีโนมไม่ครบถ้วน เช่น สาหร่ายสีแดง

นอกเหนือจาก EGT แล้วการถ่ายโอนยีนแนวนอน (HGT) สามารถเกิดขึ้นได้โดยอิสระจากเหตุการณ์เอนโดซิมไบโอติก การตีพิมพ์จีโนมของP. tricornutum รายงานว่ายีนของ P. tricornutumอย่างน้อย 587 ยีนดูเหมือนจะมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับยีนของแบคทีเรียมากที่สุด คิดเป็นมากกว่า 5% ของ โปรตีโอม ของ P. tricornutumประมาณครึ่งหนึ่งของยีนเหล่านี้ยังพบใน จีโนมของ T. pseudonanaซึ่งยืนยันถึงการรวมตัวในสายพันธุ์ไดอะตอมมาแต่โบราณ^{[ 153 ]}

เพื่อทำความเข้าใจกลไกทางชีวภาพที่อยู่เบื้องหลังความสำคัญอย่างยิ่งของไดอะตอมในวัฏจักรทางธรณีเคมี นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้สาย พันธุ์ Phaeodactylum tricornutumและThalassiosira spp.เป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบตั้งแต่ทศวรรษ 1990 ^{[ 158 ]} ปัจจุบันมีเครื่องมือทางชีววิทยาโมเลกุลเพียงไม่กี่ชนิดที่สามารถสร้างสายพันธุ์กลายพันธุ์หรือสายพันธุ์ดัดแปลงพันธุกรรมได้ โดยพลาสมิดที่มีทรานส์ยีนจะถูกแทรกเข้าไปในเซลล์โดยใช้วิธีไบโอลิสติก^{[ 159 ]}หรือการถ่ายทอดยีนข้ามอาณาจักรของแบคทีเรีย^{[ 160 ]} (โดยมี ผลผลิต10 ⁻⁶และ 10 ^{−4 ตามลำดับ [ 159 ] [ 160 ]} ) และวิธีการถ่ายทอดยีนแบบคลาสสิกอื่นๆ เช่นอิเล็กโทรโพเรชันหรือการใช้PEGได้รับการรายงานว่าให้ผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า^{[ 160 ]}

พลาสมิดที่ถูกถ่ายโอนสามารถรวมเข้ากับโครโมโซมของไดอะตอมแบบสุ่มหรือคงไว้เป็นอีพิโซม วงกลมที่เสถียร (ด้วยลำดับเซนโทรเมียร์ของยีสต์ CEN6-ARSH4-HIS3 ^{[ 160 ]} ) ยีนต้านทานฟลีโอไมซิน/ซีโอซิน Sh Bleมักใช้เป็นเครื่องหมายคัดเลือก^{[ 158 ] [ 161 ]}และทรานส์ยีนต่างๆ ได้รับการนำเข้าและแสดงออกในไดอะตอมได้สำเร็จด้วยการส่งต่อที่เสถียรผ่านรุ่นต่อรุ่น^{[ 160 ] [ 161 ]}หรือมีความเป็นไปได้ที่จะกำจัดออกไปได้^{[ 161 ]}

นอกจากนี้ ระบบเหล่านี้ยังอนุญาตให้ใช้เครื่องมือแก้ไขจีโนม CRISPR-Casซึ่งนำไปสู่การผลิตมิวแทนต์น็อคเอาต์ที่ มีฟังก์ชันการทำงานอย่างรวดเร็ว ^{[ 161 ] [ 162 ]}และความเข้าใจที่แม่นยำยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการเซลล์ของไดอะตอม

การย่อยสลายและการสลายตัวของไดอะตอมนำไปสู่ ตะกอน อินทรีย์และอนินทรีย์ (ในรูปของซิลิเกต ) ซึ่งส่วนประกอบอนินทรีย์สามารถนำไปสู่วิธีการวิเคราะห์สภาพแวดล้อมทางทะเลในอดีตได้โดยการเจาะแกนจากพื้นมหาสมุทรหรือโคลนในอ่าวเนื่องจากสารอนินทรีย์ฝังตัวอยู่ในการสะสมของดินเหนียวและตะกอนละเอียดและก่อให้เกิดบันทึกทางธรณีวิทยาถาวรของชั้นหินทะเลดังกล่าว (ดูตะกอนซิลิกา )

ไดอะตอมและเปลือกของพวกมัน (ฟรัสทูล) เช่นไดอะโทไมต์หรือดินไดอะโทเมียสเป็นทรัพยากรอุตสาหกรรมที่สำคัญที่ใช้สำหรับการขัดเงาอย่างละเอียดและการกรองของเหลว โครงสร้างที่ซับซ้อนของเปลือกขนาดเล็กของพวกมันได้รับการเสนอให้เป็นวัสดุสำหรับนาโนเทคโนโลยี^{[ 163 ]}

ดินเบา (ไดอะโทไมต์)

ภาพระยะใกล้ของดินไดอะตอม ซึ่งประกอบด้วยไดอะตอมแบบเซนทริก (สมมาตรตามแนวรัศมี) และแบบเพนเนต (สมมาตรตามแนวทวิภาค) ที่ลอยอยู่ในน้ำ

ไดอะโทไมต์ถือเป็นวัสดุนาโนธรรมชาติและมีประโยชน์และการใช้งานมากมาย เช่น การผลิตผลิตภัณฑ์เซรามิกต่างๆ เซรามิกก่อสร้าง เซรามิกทนไฟ เซรามิกออกไซด์พิเศษ การผลิตวัสดุควบคุมความชื้น ใช้เป็นวัสดุกรอง วัสดุในอุตสาหกรรมการผลิตซีเมนต์ วัสดุเริ่มต้นสำหรับการผลิตตัวนำส่งยาแบบปลดปล่อยช้า วัสดุดูดซับในระดับอุตสาหกรรม การผลิตเซรามิกพรุน อุตสาหกรรมแก้ว ใช้เป็นตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยา เป็นสารเติมแต่งในพลาสติกและสี การบำบัดน้ำเสียในอุตสาหกรรม ตัวยึดสารกำจัดศัตรูพืช ตลอดจนการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของดินบางชนิด และการใช้งานอื่นๆ^{[ 164 ] [ 165 ] [ 166 ]}

นอกจากนี้ ยังใช้ไดอะตอมเพื่อช่วยในการระบุแหล่งที่มาของวัสดุที่มีไดอะตอมเป็นองค์ประกอบ รวมถึงน้ำทะเลด้วย

การตกตะกอนของซิลิกาโดยไดอะตอมอาจพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ต่อนาโนเทคโนโลยี [ ^{167 ] เซลล์}ไดอะตอมผลิตวาล์วที่มีรูปร่างและขนาดต่างๆ กันซ้ำๆ และเชื่อถือได้ ซึ่งอาจทำให้ไดอะตอมสามารถผลิตโครงสร้างขนาดไมโครหรือนาโน ซึ่งอาจมีประโยชน์ในอุปกรณ์ต่างๆ มากมาย รวมถึง: ระบบออปติคอล; นาโนลิโทกราฟีเซมิคอนดักเตอร์ ; และแม้แต่ยานพาหนะสำหรับการส่งยาด้วย กระบวนการ คัดเลือกเทียม ที่เหมาะสม ไดอะตอมที่ผลิตวาล์วที่มีรูปร่างและขนาดเฉพาะอาจได้รับการพัฒนาเพื่อการเพาะเลี้ยงใน วัฒนธรรม เชโมสแตทเพื่อผลิตส่วนประกอบขนาดนาโน จำนวนมาก ^{[ 168 ]}นอกจากนี้ยังมีการเสนอว่าไดอะตอมสามารถใช้เป็นส่วนประกอบของเซลล์แสงอาทิตย์ได้โดยการแทนที่ไทเทเนียมไดออกไซด์ ที่ ไวต่อแสงด้วยซิลิคอนไดออกไซด์ที่ไดอะตอมใช้ในการสร้างผนังเซลล์ตามปกติ^{[ 169 ]}แผงโซลาร์เซลล์ที่ผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากไดอะตอมก็ได้รับการเสนอเช่นกัน^{[ 170 ]}

• การสนับสนุนและควบคุมบริการต่างๆ ที่เกิดจากไดอะตอมในทะเล และผลกระทบเชิงลบบางประการของพวกมัน
• 
                                          CNN = นิวเคลียสการควบแน่นของเมฆ , DMS = ไดเมทิลซัลไฟด์ , DMSP = ไดเมทิลซัลโฟนิโอโพรพิโอเนต , VOCs = สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายลูกศรเส้นประ: ผลกระทบเชิงลบ, ลูกศรเส้นทึบ: ผลกระทบเชิงบวก                                                  

เป้าหมายหลักของการวิเคราะห์ไดอะตอมในนิติเวชศาสตร์คือการแยกแยะการเสียชีวิตจากการจมน้ำออกจากการแช่ศพในน้ำหลังเสียชีวิต การทดสอบในห้องปฏิบัติการอาจเผยให้เห็นการมีอยู่ของไดอะตอมในร่างกาย เนื่องจากโครงกระดูกของไดอะตอมที่ทำจากซิลิกาไม่สลายตัวได้ง่าย บางครั้งจึงสามารถตรวจพบได้แม้ในร่างกายที่เน่าเปื่อยอย่างมาก เนื่องจากไดอะตอมไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติในร่างกาย หากการทดสอบในห้องปฏิบัติการแสดงว่ามีไดอะตอมในศพที่เป็นชนิดเดียวกันกับที่พบในน้ำที่พบศพ ก็อาจเป็นหลักฐาน ที่ดีที่บ่งชี้ ว่าการจมน้ำเป็นสาเหตุของการเสียชีวิตการผสมผสานของชนิดไดอะตอมที่พบในศพอาจเหมือนหรือแตกต่างจากน้ำโดยรอบ ซึ่งบ่งชี้ว่าเหยื่อจมน้ำในสถานที่เดียวกับที่พบศพหรือไม่^{[ 171 ]}