Водоросли

Многообразие растений

Водоросли

Характеристика водорослей

Водоросли – скорее экологическая, чем систематическая группа низших растений, обитающая во влажной среде.

Известно около 30 тыс. видов этих организмов. В океане биомасса, образуемая водорослями, оценивается в 0,5 триллиона в год, хотя их масса меньше, чем масса животных в воде.

1. Организация. Одноклеточный и многоклеточный уровни организации. Известны с протерозоя, расцвет был в раннем палеозое.

2. Обмен веществ. Водоросли, имея пигменты, являются автотрофами, фотосинтетиками и миксотрофами (смешанный тип обмена) – частично гетеротрофы (жгутиковые, хлорелла и др.).

3. Строение.

1) Оболочка водорослей с основном мембранная, но обычно усложнена: ослизняющаяся, хитиноподобная (эвгленовые), кремниевая, известковая, редко – целлюлозная.

2) Цитоплазма. Кроме обычных органоидом характерно наличие хроматофоров различной формы и цвета. Эта структура клетки обеспечивает фотосинтез и содержит различные зернистые включения запасных питательных веществ. У сине-зеленых водорослей есть газовые вакуоли.

3) Ядро. В клетках наблюдается наличие одного или нескольких ядер.

4. Размножение.

1) Бесполое – нет обмена генами:

а) вегетативное: делением клетки, фрагментацией слоевища, иногда почкованием. Все эти типы размножения связаны с митозом;

б) зооспорами. Зооспоры, образующиеся в результате мейоза, плавают с помощью четырех жгутиков.

2) Половое - обмен генами обязателен. Половое размножение водорослей иллюстрирует эволюцию этого процесса. Если первые гаметы не отличались внешне, то затем нарастает их дифференцировка, в результате чего женские гаметы теряют подвижность, значительно укрупнившись.

а) изогамия – гаметы внешне одинаковы и подвижны, отличаясь лишь физиологически. Их называют условно положительными и отрицательными;

б) гетерогамия – гаметы, сохраняя подвижность, уже отличаются внешне;

в) оогамия – женские гаметы значительно крупнее и утратили подвижность – яйцеклетки, мужские – мелкие подвижные сперматозоиды;

г) конъюгация – непосредственный обмен генным материалом (ДНК) без образования гамет. Это слово переводится как «под ярмом» и указывает на наличие мостика во время процесса конъюгации.

5. Распространение. Водоросли обитают повсеместно во влажной среде. Хорошим примером может служить распространение сине-зеленых водорослей.

Разнообразие пигментов, участвующих в фотосинтезе, позволяет водорослям заселять различные уровни океана. Зеленые водоросли, имея много хлорофилла, хорошо устраивают красный спектр света. Поэтому глубина их распространения ограничена возможностью проникновения этой части спектра солнечного света в воде. В массе они встречаются на глубинах 2-6 м. Наличие каротинов и десяти видов ксантофиллов позволяет им проникать и глубже.

Бурые водоросли характерны для глубин 6-15 м, хотя опускаются и до 100 м. Характерный фотосинтезирующий пигмент этой группы – фукоксантин, хотя встречаются и другие, обычные для растений.

Хлоропласты красных водорослей содержат много фикоэритрина и голубого фикоцианина, то позволяет им вести фотосинтез на глубинах 100-200 м. Красные водоросли находили на глубине 269 м, где солнечный свет ослаблен в 200 000 раз. Эти глубины можно считать границей растений-автотрофов в биосфере. Из фотосинтетиков глубже встречаются лишь пурпурные бактерии. Хотя для зарослей красных водорослей обычен ярус в 20-40 м.  

Отдел сине-зеленые водоросли

Считается наиболее древней и примитивной группой. Окрашены в цвет, давший название; иногда оливково-зеленый или красно-зеленый, почти черный. Одноклеточные, колониальные и нитчатые формы. По организации – прокариоты, не имеющие внутренних мембран. Полового размножения нет. Распространены:

1. На айсбергах (название «Гренландия» связано с окраской льда) при минусовой температуре – «красный снег», в горячих источниках (формидиум в гейзерах с температурой 85-93 0С), где, минерализуясь, образуют прекрасный строительный материал – туф.

2. В самых засоленных источниках, где окрашивают соль в розовый цвет и придают ей запах фиалок. Обычно эта соль находится в содовых озерах, где составляет основу питания фламинго.

3. Сине-зеленые водоросли обычны в почве, песке пустынь, на коре деревьев, в лишайниках и встречаются даже в шкуре ленивцев. Последний пример – единственный случай симбиоза растений с млекопитающими, где ядовитые выделения водорослей защищают ленивца от эктопаразитов, а водорослям создается влажная среда.

4. Они – обычные обитатели самых загрязненных водоемов и являются индикаторами неблагополучного экологического состояния водоемов. Сине-зеленые являются бичом южных прогреваемых водохранилищ, так как, размножаясь, подрывают кормовую базу обитателей водоемов и отравляют воду своими выделениями. Вспышки сине-зеленых водорослей у берегов морей ведут к гибели многих организмов – печально известная «красная смерть».

Во время их массового размножения – «цветения» - в литре воды обитает до миллиарда клеток. Это явление издавна поражало человека. В Ветхом Завете мы можем встретить следующее описание: «…Вся вода, которая была в реке, превратилась в кровь, и рыбы, которые были в реке, погибли. Вода стала так скверно пахнуть, что египтяне не могли пить эту воду». Массовое размножение спирулины облегчало добычу ее еще ацтеками. Эта водоросль является ценным продуктом питания (содержит 60% витаминов, других биоактивных веществ и белков). В Китае и Японии едят три вида ностока. Вспышки в результате массового размножения триходесмиума в Красном море с последующими смерчами вызывали так пугающий людей «кровавый дождь».  

Отдел зеленые водоросли

1. Одноклеточные водоросли.

1) Хламидомонада. Семейство подвижных водорослей, обитающих в лужах и мелких пресноводных водоемах в начале весны. Оболочка ослизняющаяся пектиновая составляет половину тела. Подвижность обеспечивается двумя жгутиками, ориентация – пигментным глазком. Хроматофор чашевидный с одним пиреноидом (округлые тела, богатые белком), окруженным крахмалом. В клетке одно ядро и сократительные вакуоли. Наличие в клетках сократительных вакуолей, пигментного глазка и жгутиков сближает их с простейшими, что естественно для гетеротрофов.

Размножаются эти водоросли бесполым путем, образуя временные колонии из неподвижных особей, склеенных слизью. Обычно это 2-4 (8) клеток. Затем жгутики отрастают и особи (зооспоры) выходят наружу.

В пределах семейства встречается изогамия, гетерогамии и оогамия. Интересно, что на ранних стадиях развития жизни все эти способы уживались. Затем остался самый прогрессивный вариант – оогамия.

2) Хлорелла. Клетки ее шаровидны, с одним ядром, бокаловидным пристеночным хроматофором спиреноидом. Оболочка твердая, целлюлозной природы. Бесполое размножение идет очень быстро образованием в материнской клетке около десятка неподвижных спор, которые затем покидают клетку. Быстрота размножения и химический состав (белки – выше 40%, липиды – 20%, углеводы – 35%, зольные вещества – 10%, витамины группы В, С, К, вещества антибиотического характера – хлореллин и др.) делают ее перспективной для выращивания с целью получения кормов в животноводстве. В развитых странах с обилием солнечных дней ее успешно разводят в аэротенках, где воду с хлореллой перемешивают и аэрируют воздухом или углекислым газом. Хлорелла входит и в вероятные источники питания будущего человечества. Кроме этого, хлореллу можно использовать для очистки среды (воды). Экспериментальные установки смонтированы на атомных подводных лодках для поглощения углекислого газа и, вероятно, могут применяться на орбитальных космических станциях.

3) Плеврококк. Относится к протококковым водорослям и обычен на коре и пнях деревьев, часто входит в состав лишайников. Их можно рассматривать как вершину организации этой группы водорослей. В эволюционном плане это узловая группа одноклеточных водорослей, где закладывались черты многоклеточности. Высокая плодовитость и высокие показатели кормности и фотосинтетической деятельности позволяют использовать эти водоросли в народном хозяйстве.

4) Одноклеточная каулерпа имеет длину 60-100 см, многоядерна. Тело ее внешне дифференцировано на «лист», «стебель», ризоиды. Вольвоксные водоросли – прекрасный пример появления многоклеточности у колоний.

2.    Нитчатые водоросли.

1) Улотрикс. Тело нитчатое, неразветвленное, обычно прикрепляется к субстрату, образуя обрастания подводных предметов. Характерно наличие бесхлорофильной ризоидной клетки для прикрепления. Остальные клетки одинаковы, одноядерны, с пластинчатым хроматофором и пиреноидами. Оболочка ослизняющаяся. В размножении улотрикса наблюдается чередование полового и бесполого поколений. Одна из вегетативных клеток делится несколько раз и образует несколько гамет с двумя жгутиками - изогамия. После их слияния образуется зигота с четырьмя жгутиками. Проплава некоторое время, она образует толстую стенку и может долго сохраняться. В результате мейоза этой клетки образуется четыре гаплоидных, которые прорастают в новые нити.

2) Спирогира. Нити из цилиндрических клеток со спиральным хроматофором, пиреноидами с крахмальными зернами, одноядерны. Оболочка клеток целлюлозная, окружена слизистым чехлом. Обитают в стоячих и медленно текущих водах, образуя основную массу тины прудов.

Размножаются вегетативно, делением в длину, что происходит ночью, и фрагментацией нити. Половое размножение – лестничная конъюгация, где две нити сближаются, образуя цитоплазменные мостики. По этим мостикам содержимое одной клетки переходит в другую, образуя покоящуюся стадию развития. Затем весной она прорастает.  

 

Отдел бурые водоросли

Самые крупные и высокоорганизованные водоросли. Гигантские донные формы макроцистиса достигают длины 60 м, при суточном приросте 0,5 м. Прибрежные ламинарии и фукусы имеют длину 10-15 м. Плавающие саргассы богаты газовыми пузырями и образуют огромные поля в районах Атлантики с круговым течением – Саргассово море. Обычно многолетние формы, хотя чаще это однолетники. Размножаются половым и бесполым путем, имея для этого сложные приспособления. Ламинария (морская капуста) по сравнению с ее сухопутным аналогом содержит в два раза больше фосфора, в 11 раз – магния, в 16 раз – железа, натрия в ней больше в 40 раз.

Использование водорослей 

1. Издавна использовались в пищу как лучший корм для скота.

2. Возгонка брома и йода при нагревании. Зола используется на удобрения. Извлекая соду. В Шотландии сжигали около 100 тыс. т сухих водорослей. Япония в 1916 г. добыла из них 300 т кристаллического йода.

3. Получение альгинатов (аналог желатина), который необходим в пищевой промышленности, косметике, фотопромышленности.

4. Их применяют как витаминное, мягкое слабительное и снижающее кровяное давление средство (морская капуста).

5. Издавна используются для набивки высококлассной мебели, так как, поглощая и отталкивая воду, поддерживают нормальную влажность в помещении, не пылят, долго сохраняя структуру.  

 

Отдел красные водоросли, багрянки

Красные водоросли возникли около 1 миллиарда лет назад, успешно освоив глубины океана. Люди давно используют их наравне с бурыми. Порфира занимает первое место по сбору среди водорослей в Японии. В США ее заготавливают на 500 млн долларов в год. Кроме пищевого применения используются для производства агара, выработка которого составляет около 10 тыс. т в год. Половина агара, получаемого в СНГ, добывается из черноморской филлофоры. Агар является незаменимым сырьем для приготовления твердых сред в микробиологии, нужен при производстве ряда пищевых и косметических продуктов и т.д.  

 

Отдел диатомовые, кремнеземные водоросли

Диатомовые водоросли – обособленная группа одноклеточных, имеющих наружную кремнеземную оболочку, или панцирь. Форма панциря настолько разнообразна, причудлива и изящна, что может вызвать зависть у лучшего мастера-ювелира.

О них узнали лишь в начале 18-го века, когда стали пользоваться микроскопом, хотя это одни из самых древних на Земле растений. Диатомовые водоросли встречаются в снегах полюсов и в гейзерах Исландии. Количество выделяемого ими кислорода сравнимо с образованием его высшими растениями. Эти мельчайшие существа производят около половины органики океана и четверть ее на Земле.

Самые крупные особи едва достигают 1,5 мм, а обычно они в 10-100 раз мельче. Их кремниевый панцирь разделен на две половины, где одна входит в другую, подобно коробке с крышкой. Очень интересно их размножение, когда панцирь делится между потомством. Та особь, которой достается более маленькая половинка, постоянно при размножении мельчает. Чтобы избежать вырождения, мелкие особи сливаются, образуя спору роста, коротая одевается новым панцирем. Отмирая, они образуют распространенные осадочные породы: трепел, или диатомит, или горная мука. На 1 см3 этого порошка приходится 4,6 млн панцирей диатомей. Горная мука используется для изготовления полировальных паст, в строительстве – как негорючий теплозвукоизолятор, в производстве стекла. Раньше, прессуя и пропитывая затем нитроглицерином, из нее изготавливали динамит.  

 

Биосферная роль водорослей

1. По некоторым данным, восстанавливают 4/5 кислорода атмосферы. Биомасса водорослей составляет 0,5 триллиона тонн в год. В связи с этим проблемы загрязнения океана считаются проблемами нашего выживания.

2. Обеспечивают нормальный газовый режим водоемов. Гибель их в озерах зимой из-за снега, покрывающего лед, ведет к зимним заморам рыбы. Летняя вспышка зеленых и сине-зеленых водорослей ночью в штиль ведет к резкому падению уровня кислорода, вызывая летние заморы рыбы.

3. Служит прекрасным кормом, убежищем и нерестилищем водных обитателей. Неразумный промысел водорослей на восточном и северном побережьях страны подорвали запасы дальневосточного краба и беломорской сельди, откладывающей икру в водоросли.

4. Почвенные формы, отмирая, обогащают почву органикой.

5. Образование осадочных пород (туф, горная мука).

6. Обычные симбионты губок, полипов, моллюсков, грибов и других организмов.

07/12/2015