Одноклеточные водоросли: особенности строения. Представители одноклеточных водорослей

Водоросли - это группа низших растений, содержащих хлорофилл. Они не имеют корней, стеблей, листьев, цветков и поглощают из воды растворы минеральных солей и углекислый газ всей своей поверхностью. Тело водоросли представляет собой слоевище, одноклеточное или многоклеточное. Его размеры от тысячных долей миллиметра до 60 м. Одноклеточные зеленые водоросли-хламидомонада, хлорелла, хлорококк и др.

Водоросли обычно обитают в воде, но некоторые из них живут на коре деревьев, на почве в сырых местах. Например, на влажных горшках в теплицах поселяется водоросль хлорококк, образуя зеленый налет. На поверхности почвы в полупустынях Средней Азии можно увидеть синезеленые водоросли. Весной и осенью, когда идут дожди, они усиленно размножаются, а летом высыхают и черные корочки их разносятся ветром.

Огромное количество микроскопических водорослей в водоемах составляет фитопланктон (см. Водные организмы). Они находятся во взвешенном состоянии и удерживаются благодаря особым приспособлениям-газовым пузырькам в теле водоросли, отложениям масла, выделениям слизи и др.

Летом в прудах и заводях можно часто наблюдать «цветение» воды. Зеленоватый цвет воде придает скопление планктонных водорослей (хламидомонада, педиаструм). Подобное явление бывает и в морях.

В прудах и озерах живет многоклеточная нитчатая зеленая водоросль спирогира. Это ее длинные, шелковистые, слизистые, тончайшие нити, сплетаясь в крупные клубки и космы, образуют тину. Другая многоклеточная нитчатая водоросль - улотрикс покрывает подводные камни и коряги.

Кроме планктонных, существуют бентосные водоросли, создающие фитобентос. Они прикрепляются ко дну водоема или к подводным скалам корнеобразными выростами- ризоидами. Это преимущественно многоклеточные морские бурые и красные водоросли. Заросли крупных морских водорослей иногда тянутся на десятки километров, образуя подводные луга и леса. Тело бурой водоросли ламинарии достигает 5 м длины, а некоторых других - десятков метров.

Водоросли поглощают из воды углекислый газ и выделяют кислород, таким образом обогащают водные бассейны кислородом, которым дышат организмы, обитающие в воде. Планктонные водоросли поедают мелкие животные, которые, в свою очередь, служат пищей для рыб. В зарослях фитобентоса находят убежище мальки рыб.

Водоросли используются как корм скоту и для удобрения полей. Из бурых и красных водорослей добывают иод, бром, калийные соли, уголь, смолу, креозот, метиловый спирт, ацетон. Из красных водорослей получают агар-агар. Некоторые водоросли - бурую ламинарию (морскую капусту), зеленую ульву (морской салат) и красную порфиру - употребляют в пищу. Разные водоросли - филлофора, лауренция, гелидиум, кодиум - дают высококачественный клей. Ламинария имеет лекарственное значение.

Водоросли приносят и некоторый вред: ими обрастают подводные части судов, при массовом отмирании водорослей в водоемах гибнет рыба, по той же причине портится вкус воды в водохранилищах. От чрезмерно размножившихся водорослей приходится периодически очищать оросительные каналы и водоемы.

Водные растения делятся на высшие (Cormobionta) и низшие (Thallobionta). К последним относятся все виды водорослей. Они одни из древнейших представителей флоры. Их главная черта - споровое размножение, а особенность заключается в умении приспосабливаться к различным условиям. Существуют такие виды водорослей, которые способны жить в любой воде: солёной, пресной, грязной, чистой. Но для аквариумистов они становятся большой проблемой, особенно в случае их буйного роста.

Существуют такие виды водорослей, которые способны жить в любой воде: солёной, пресной, грязной, чистой.

Основная характеристика

В зависимости от разновидностей водорослей одни прикрепляются к подводным поверхностям, другие свободно живут в воде. Культуры могут содержать только зелёный пигмент, но бывают виды с различными пигментами. Они окрашивают водоросли в розовый, голубой, фиолетовый, красный и почти чёрный цвет.

Биологические процессы, происходящие в аквариуме, являются основанием для самостоятельного появления водорослей. Они заносятся при кормлении рыб живым кормом или вновь приобретёнными водными растениями.

Одни водоросли выглядят, как пушистый пучок, другие напоминают расстелившийся ковёр, третьи - слизистое покрытие. Бывают плоские, слоевищные, ветвящиеся, нитчатые культуры. В отличие от высших растений у них нет корней, стеблей и листьев. Их форма, строение и размеры разнообразные. Встречаются виды, которые можно увидеть только под микроскопом. В природной среде растения достигают нескольких метров в длину.

Классификация водорослей

У каждого вида свои требования к среде, в которой они растут – к температуре жидкости, к интенсивности и длительности освещения. Немаловажным фактором является химический состав воды.

Дисбаланс водорослей в аквариуме говорит о возникновении в нём неблагоприятных условий. Чрезмерное увеличение их в резервуаре ухудшает качество воды, что неблагоприятно сказывается на здоровье обитателей аквариума. Причиной водорослевой вспышки может быть:

1. Неотрегулированный режим освещения аквариума. Это недостаток светового дня или его избыток.
2. Излишки органики в ёмкости. Они могут быть в виде остатков корма, отмерших аквариумных растений, рыбных нечистот.
3. Разложение органики. Появление в аквариуме нитритов и аммиака.

Выявив, какой фактор является причиной появления культур, нужно его устранить или максимально минимизировать.

Дисбаланс водорослей в аквариуме говорит о возникновении в нём неблагоприятных условий.

Водоросли делятся на 12 типов. Для аквариума чаще всего характерно наличие трёх основных видов культур.

Их присутствие предсказуемо там, где есть вода, свет и питательные вещества.

Зелёные группа

Эта самая распространённая и наиболее разнообразная по строению и форме группа растений, которая насчитывает около 7 тыс. видов. Они бывают неклеточной, одно- и многоклеточной формы. Водоросли образуют колонии на стекле или грунте.

Их особенность в том, что практически все культуры появляются в результате избыточного освещения. Они имеют зелёную окраску, несмотря на содержание в них кроме зелёного хлорофилла жёлтого пигмента. Водоросли окрашивают жидкость в зелёный или кирпично-зелёный цвет.

Есть морские и пресноводные виды. Названия водорослей, которые бывают в аквариуме:

Основная причина появления большинства видов зелёных водорослей - избыточное освещение, поэтому при восстановлении биологического баланса эта проблема может быстро исчезнуть.

Диатомовые (бурые) растения

Если жидкость в ёмкости приходится часто менять, потому что она быстро мутнеет, - в ней завелась бурая водоросль . Она не только портит интерьер аквариума, но и причиняет неудобства его жителям. Это одноклеточные микроскопические организмы, которые быстро размножаются и создают склизкий налёт на листьях аквариумных растений и стёклах резервуара. Живут они одиночно или колониями в виде ленты, нити, цепочки, плёнки, кустика.

На начальном этапе появления налёта в ёмкости он легко снимается, а в запущенных случаях становится многослойным, и избавиться от него бывает сложно. Животным аквариума бурые растения не причинят вреда, а для аквариумных растений они опасны. Налёт на культурах мешает фотосинтезировать, что приводит их к гибели.

Размножение диатомеи осуществляется с помощью деления. Клетки растения имеют твёрдую оболочку с кремнезёмным составом. Их размеры минимум 0,75 мкм, максимум 1500 мкм. Эту культуру легко отличить по панцирю в виде точек, камер, штрихов, рёбер, расположенных с геометрической правильностью.

Навикулы обитают практически везде, заводятся весной и осенью.

В природе около 25 тысяч разновидностей бурых культур. Чаще всего в ёмкости встречаются:

1. Навикула. У этого рода около 1 тыс. видов водорослей. В ёмкости заводятся весной и осенью. Способ размножения - деление клеток. Клетки различны по форме, структуре панциря и строению. Служат кормом для обитателей аквариума, а сами питаются фототрофно.
2. Пиннулярия. Ранняя осень и лето - время появления для этого рода. В результате деления клеток, каждая получает от материнской клетки одну створку. Одиночные клетки редко соединены в ленты. Известно около 80 видов этих водорослей.
3. Цимбелла. Род представляет собой одиночные свободноживущие клетки, которые иногда прикрепляются к субстрату слизистой ножкой. Кроме того, они могут быть заключены в студенистые трубки.

Развиваются бурые водоросли в тех резервуарах, где несвоевременно меняется вода или плохое освещение. На их распространение влияет густая заселённость аквариума, большое количество органики, засорённый фильтр.

Красные или «багрянки»

Красные водоросли, или багрянки, это малочисленный вид культур, в подавляющем большинстве многоклеточный, насчитывающий до 200 разновидностей. Все багрянки делятся на 2 класса, каждый из которых содержит по 6 порядков. Поселяются они на стеблях и концах листьев аквариумных растений, камнях, быстро растут и интенсивно размножаются.

Причиной появления этого вида растений является избыток органики в воде, неправильно установленное освещение или перенаселение в ёмкости. Эти культуры представляют опасность для его жителей, поэтому их необходимо своевременно уничтожать.

Багрянки в зависимости от сочетания пигментов меняют цвет от ярко-красного до голубовато-зелёного и жёлтого, а пресноводные обычно зелёные, голубые или буровато-чёрные. Особенностью растений является их сложный цикл развития. Как правило, эти культуры растут прикреплёнными к другим растениям, камням, резервуарам. Можно встретить колонии культур в виде слизистых налётов.

Красные водоросли, или багрянки, это малочисленный вид культур, в подавляющем большинстве многоклеточный, насчитывающий до 200 разновидностей.

Для аквариумистов катастрофой являются два вида:

1. Чёрная борода . На начальном этапе представляет собой одиночные чёрные кустики, которые концентрируются в одном месте, или они могут быть разбросаны по всему резервуару. Если с ней не начать бороться, то с помощью ризоидов культура цепляется к субстрату, как бы врастая в него. Очень часто эти водоросли появляются после покупки новых аквариумных растений, или если пренебречь правилами ухода за резервуаром.
2. Вьетнамка . Такие аквариумные водоросли относятся к нитчатым видам. Исходя из их внешнего вида аквариумисты называют их кустом, бородой или щёткой. Растения имеют различную расцветку и очень быстро размножаются спорами. Культура предпочитает располагаться на кончиках аквариумных растений или декоре резервуара.

Появление любого вида водорослей говорит о проблемах микроклимата в резервуаре. На борьбу с одними растениями уходят месяца, а от других быстро и легко можно избавиться.

Водоросли характеризуются большим разнообразием строе-­
ния. Они бывают одноклеточны­ми, колониальными и многокле­точными.

В условиях Беларуси широко распространены такие автотрофные и автогетеротрофные одно­клеточные водоросли, как хло­релла, эвглена зеленая и др.

Хлорелла часто встречается в пресных водоемах, на сырой зем­ле, коре деревьев. Хлорел­ла - одноклеточный организм шаровидной формы. Клетка ее покрыта плотной гладкой оболоч­кой. В цитоплазме содержатся ядро, чашевидный хлоропласт и другие органеллы.

Размножается хлорелла бес­полым путем, образуя множество спор. Споры еще внутри ма­теринской клетки покрываются собственной оболочкой и затем выходят наружу. В дальнейшем спора вырастает во взрослую особь.

Эвглена зеленая обитает в не­больших пресных водоемах со сто­ячей водой - лужах, озерах, боло­тах, а так лее на влажной почве. В летнее время молено наблюдать, как в небольшом пруду или луже вода становится зеленой - «цве­тет». Причиной этого «цветения» может быть массовое развитие эвг­лены. Под микроскопом в капле воды, взятой из такого водоема, можно рассмотреть ее строение.

Строение эвглены зеленой: 1 - глазок; 2 - хлоропласту; 3 - ядро; 4 - запасные питательные вещества; 5 - сократительная вакуоль; 6 - жгутик.

Тело эвглены зеленой дли­ной около 0,05 мм имеет вытя­нутую обтекаемую форму, хо­рошо приспособленную к дви­жению в воде. На­ружный слой цитоплазмы у эв­глены уплотнен и называется пелликулой, которая придает клетке форму. На переднем конце тела эвглены находится углубление. Оно является вы­водным каналом сократитель­ной вакуоли, а из отверстия углубления выходит жгутик - органоид движения. По­стоянно вращая жгутиком, эвг­лена как бы ввинчивается в воду и за счет этого плывет вперед. В цитоплазме эвглены располага­ются ядро, ярко-красный свето­чувствительный глазок и около 20 хлоропластов, содержащих хлорофилл.

Питание. Особенностью эвг­лены является способность ме­нять характер питания и обмена веществ в зависимости от усло­вий среды обитания. На свету ей присущ автотрофный тип пита­ния. Эвглены всегда находятся в освещенной части водоема, где более благоприятные условия для фотосинтеза. Находить осве­щенные места эвглене помогает светочувствительный глазок, расположенный на переднем конце тела.

Если эвглену поместить на длительное время в темноту, она теряет хлорофилл и становится бесцветной. В отсутствие хлоро­филла фотосинтез прекращает­ся, эвглена начинает усваивать готовые органические вещества, т.е. переходит от автотрофного к гетеротрофному (сапротрофно му) способу питания. Вот почему в водах, обогащенных органичес­кими веществами, эвглена раз­вивается в массовых количе­ствах.

Гетеротрофное питание у эвг­лены осуществляется путем вса­сывания органических веществ всей поверхностью тела.

Часто, развиваясь в загряз­ненных водоемах, где имеется большое количество растворен­ных органических веществ, эвг­лена сочетает оба типа питания - и автотрофный, и гетеротрофный. Способность эвглены изменять характер питания обеспечивает возможность выживания в раз­личных условиях существова­ния. Таким образом, эвглена зе­леная является автогетеротроф­ным протистом.

Отличительной особенностью ав­тогетеротрофных протистов яв­ляется их способность питаться двумя способами: на свету - как растения, а в темноте - как животные. Это значит, что на свету они осуществляют процесс фо­тосинтеза и создают органические веще­ства. При недостаточном для фотосинтеза освещении и при обилии органических ве­ществ в воде они усваивают готовые органические вещества, которые образуются в во­доеме при расщеплении отмерших частей живых организмов.

Дыхание и выделение у эв­глены зеленой происходит так нее, как и у других пресновод­ных протистов.

Сократительная вакуоль, в которой скапливается избыток воды с растворенными продук­тами обмена веществ, при со­кращении выводит свое содер­жимое наружу. Этот процесс происходит ритмично через каждые 20-30 с.

Размножение. Бесполое размножение эвглены начина­ется с деления ядра, хлоропластов, светочувствительного глазка и образования второго жгутика. Затем на переднем конце клетки между жгутика­ми появляется разделительная щель, которая постепенно уве­личивается. В конце продоль­ного деления дочерние клетки, связанные между собой своими задними концами, расходятся. При благоприятных условиях процесс деления клетки про­должается 2-4 ч.

Половое размножение у эвг­лены научно не установлено.

Неблагоприятные условия среды обитания эвглена, как и амеба, переносит в состоянии цисты.

Хламидомонада часто встре­чается в тех лее загрязненных органическими веществами во­доемах, что и эвглена. В прош шлом году вы познакомились с ее строением, питанием, раз­множением. К этому следует до­бавить еще одну очень важную особенность хламидомонады. Оказывается, что наряду с ав-тотрофным способом питания она способна поглощать через оболочку растворенные в воде органические вещества и таким образом участвовать в очище­нии загрязненной воды.

Хламидомонада размножа­ется бесполым и половым путя­ми. В благоприятных условиях хламидомонада размножается бесполым способом. При этом хламидомонада утрачивает жгутики, перестает двигаться. Ее ядро делится дважды: обра­зуется четыре дочерних ядра. Затем протопласт делится на че­тыре части. Таким образом внутри материнской клетки об­разуется четыре, а иногда во­семь зооспор. Каждая из них по­крывается оболочкой, а на пе­реднем конце образуется два жгутика. Оболочка материнс­кой клетки разрывается, и зоо­споры развиваются в дочерние хламидомонады, которые начи­нают самостоятельное суще­ствование. Они быстро растут и через сутки способны к новому делению.

В неблагоприятных услови­ях (например, при подсыхании водоема) у хламидомонады про­исходит половое размножение. При этом ее содержимое делится на 6, 32, 64 мелкие подвижные

половые клетки - гаметы. Они выплывают в воду и сливаются с гаметами другой особи. Так происходит оплодотворение, в результате которого образуется одна клетка - зигота. Она не имеет жгутиков, покрыта тол­стой оболочкой и устойчива к не­благоприятным условиям. При наступлении благоприятных ус­ловий из зиготы развивается не­сколько хламидомонад.

Диатомовые водоросли. В морях и пресных водах всех климатичес­ких зон встречаются диатомовые водоросли. Под микроскопом можно уви­деть, что форма этих одноклеточных орга­низмов бывает очень разнообразной. Общим для всех диатомовых во­дорослей является наличие прочного крем­неземного панциря. Этот панцирь состоит из двух половин, которые подогнаны одна к другой, как коробка с крышкой. Желто-бурый цвет придают диатомовым водорос­лям пигменты, маскирующие хлорофилл. Размножение диатомовых водорослей происходит половым и бесполым путем посред­ством деления клеток. В результате увели­чения объема цитоплазмы половинки пан­циря расходятся, и ядро и цитоплазма де­лятся. Каждая дочерняя клетка заново об­разует недостающую половинку панциря.

В пресных водах диатомовые водорос­ли в основном находятся на дне водоемов. Морские диатомовые водоросли живут в воде во взвешенном состоянии. Капелька жира, содержащаяся в клетке водоросли, позволяет ей легко поддерживать такое состояние. Диатомовые водоросли состав­ляют важную кормовую базу для живот­ных, живущих на отмелях, например для моллюсков. На одном квадратном санти­метре земли, заливаемой приливом, часто живет свыше миллиона диатомовых водо­рослей, образующих там бурый налет. На диатомовых водорослях «пасутся» мол­люски, а ими, в свою очередь, питаются другие животные, например серебристая чайка и гага.

Диатомовые водоросли находятся в са­мом начале пищевой цепи: диатомовые во­доросли → моллюски → птицы.

Почти неразлагающиеся панцири диа-

Диатомовые водоросли морских и пресных водоемов: 1 - табеллярия; 2- пиннулярия; 3 - табеллярия; 4 - ризосоления; 5 - фрагилярия; 6 - стефанодискус; 7 - навикула; 8 - астерионелла; 9 - циклотелла.

томовых водорослей образовали на протя­жении геологических эпох мощные слои осадочной породы диатомит. Сегодня эти отложения разрабатываются. Благодаря тонкой структуре и твердости раковин диа­томит используется как шлифовальный и полировальный материал, а также для из­готовления фильтров. В аптеках кремнезем предлагается в качестве средства для ухода за кожей, волосами и ногтями. Структура панцирей диатомовых водорослей настоль­ко тонка и правильна, что их можно ис­пользовать для проверки качества микро­скопов.

Колониальные водоросли. Вольвокс. В небольших пресно­водных водоемах (прудах, озе­рах) встречаются плавающие зе­леные шарики диаметром 1-2 мм. Это вольвокс. При рассмотрении под микроско­пом видно, что он образован мно­жеством отдельных клеток, рас­положенных по периферии ша­рика в один слой. Число их колеб­лется от 500 до 60 000.

Колония вольвокса с дочерними коло­ниями внутри материнской.

Клетки - это отдельные организмы, объединенные в ко­лонию. Клетки вольвокса похо­жи на хламидомонаду. Они имеют по два жгутика. Согласо­ванная работа жгутиков обеспе­чивает вращательное (волчко-образное) движение колонии (отсюда и название этого орга­низма: «вольвокс» означает «волчок»).

Основная масса колонии со­стоит из полужидкого студенис­того вещества, которое образо­валось в результате ослизнения клеточных стенок. Наружный слой студенистого вещества бо­лее плотный, что придает всей колонии определенную форму.

В колонии вольвокса отдель­ные особи не полностью изоли­рованы одна от другой. Они сра­щены своими боковыми стенка­ми и соединены между собой тон­кими цитоплазматическими мо­стиками.

Для вольвокса характерна дифференцировка, или специа­лизация, клеток в колонии. Одни из них - вегетативные, не способные к размножению, другие - клетки бесполого и по­лового размножения. В коло­нии вольвокса клеток размно­жения немного - от 4 до 10. В летнее время эти клетки много­кратно делятся и образуют не­сколько новых дочерних коло­ний внутри материнской. Когда размеры дочерних колоний уве­личиваются настолько, что они не могут поместиться внутри материнской, последняя раз­рывается и погибает, а дочер­ние колонии выходят наружу.

При половом размножении в специализированных клет­ках колонии развиваются га­меты, в результате слияния ко­торых образуется зигота. После периода покоя из зиготы после ряда последовательных делений развивается новая колония.

Наличие таких организмов, как вольвокс со специализиро­ванными клетками, выполняю­щими разные функции, дает ос­нование предполагать, что разви­тие многоклеточных организмов от одноклеточных могло идти че­рез колониальные формы.

К водорослям относятся одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы, способные осуществлять фото­синтез. Способность к фотосин­тезу обеспечивается наличием в их клетках хлоропластов. Во­доросли имеют разные форму и размеры. Они живут преиму­щественно в воде и заселяют те водные глубины, куда прони­кает свет. Эвглена зеленая и хламидомонада - типичные представители автогетеротроф­ных протистов(водорослей).

В пресноводных и морских водоемах широко распростране­ны многоклеточные водоросли. Тело многоклеточных водорос­лей называется слоевищем. От личительная черта слоевища - сходство клеток и отсутствие тка­ней и органов. Все клетки слоеви­ща устроены почти одинаково, и все части тела выполняют одина­ковые функции. В теле водоросли вещества передвигаются от клетки к клетке, причем происходит это очень медленно.

Клетки слоевища могут де­литься в одном направлении, об­разуя нити, или в двух направле­ниях - образуя пластинки. Среди водорослей встречаются виды не только микроскопически малых размеров, но и такие, которые до­стигают длины свыше 100 м (на­пример, бурая водоросль макроцистис грушеносный достигает длины 160 м).

Водоросли играют важную роль в природе, участвуя в образо­вании органических веществ и кислорода.

Многоклеточные водоросли бывают нитчатыми, пластинчатыми, кустистыми. Они, как правило, ведут при­крепленный образ жизни.

Улотрикс. Эта водоросль жи­вет преимущественно в пресных, реже в морских водоемах. Она прикрепляется к подводным предметам, формируя ярко-зеле­ные кустики высотой до 10 см.

Нити улотрикса состоят из од­ного ряда цилиндрических кле­ток с толстыми целлюлозными оболочками. Для улотрикса ха­рактерны хлоропласты в виде пластинки, образующей незамк­нутый поясок.

Бесполое размножение осуще­ствляется разрывом нити на корот­кие участки, каждый из которых развивается в новую нить, или 4-жгутиковыми зооспорами. Они выходят из материнской клетки, утрачивают жгутики, прикрепля­ются боком к субстрату и прораста­ют в новую нить. При половом размножении

Улотрикс: 1 - внешний вид; 2 - фраг­мент нити с зооспорами и гаметами; 3 - зооспора; 4, 5 - гаметы и их копуляция.

происходит слияние гамет с об­разованием зиготы. Зигота вна­чале плавает, затем оседает на дно, утрачивает жгутики, выра­батывает плотную оболочку и слизистую ножку, которой при­крепляется к субстрату. После периода покоя происходит деле­ние ядра и зигота прорастает зоо­спорами.

Смена поколений у водорос­лей. У некоторых видов водорос­лей и гаметы, и споры могут раз­виваться в клетках одной особи. При высокой температуре, на­пример, водоросль производит споры, а при низкой - гаметы.

У других водорослей особи одного вида могут быть двух сор­тов. Одни из них производят споры. Их называют спорофи­ты, и они имеют двойной набор хромосом в клетках своего тела. Другие производят гаметы. Их называют гаметофиты, и они имеют одинарный набор хромо­сом в клетках.

Гаметофит может быть внеш­не похожим на спорофит, а мо­жет отличаться по форме и раз­мерам. У улотрикса нитчатый многоклеточный гаметофит (по­коление, формирующее гаметы) сменяется одноклеточным споро­фитом - поколением, являю­щимся результатом полового процесса и формирующим споры.

У ламинарии, напротив, га­метофит микроскопический, а спорофит представляет собой ленту длиной до 15м.

Спирогира. В стоячих и мед­ленно текущих водоемах часто встречается спирогира. Она пред­ставляет собой тонкую нить, со­стоящую из цилиндрических, расположенных в один ряд од­ноядерных клеток с хорошо за­метной клеточной оболочкой. Снаружи нити по­крыты толстым слоем слизи, по­этому тина и слизистая на ощупь. Вместе с другими нитча­тыми зелеными водорослями спирогира образует большие мас­сы тины ярко-зеленого цвета.

Характерным признаком спирогиры является то, что хлоропласт имеет вид спирально закрученной ленты, расположен­ной в цитоплазме вдоль клеточ­ной стенки. Большая часть каж­дой клетки занята вакуолью с клеточным соком. В центре клетки расположено ядро, за­ключенное в цитоплазматиче-

Размножение улотрикса и чередование поколений: а - дочерние (новые) водоросли; б - водоросли, образующие гаметы (гаметофиты): 1 - прорастание зооспоры; 2 - гаметы; 3 - слияние гамет; 4 - зигота (спорофит); 5 - прорастание зиготы четырехжгутиковыми зооспорами.

ский мешочек, соединенный тя­жами с постенной цитоплазмой.

Бесполое размножение у спи­рогиры осуществляется путем разрыва нити на отдельные ко­роткие участки. Размножение

Спирогира: а - часть нити; б - поло­вой процесс (конъюгация): 1 - хлоро­пласт; 2 - ядро; 3 - зигота.

спорами отсутствует. Для спиро­гиры характерно также половое размножение.

При половом размножении обыч­но две нити располагаются рядом. В их клетках возникают вы­пячивания стенок, которые растут навстре­чу друг другу. В месте их соприкосновения стенки растворяются, и между клетками двух нитей образуется сквозной канал. Че­рез этот канал содержимое клетки одной нити перемещается в клетку другой нити и сливается с ее содержимым. В результате образуется зигота. Такой тип полового про­цесса называется конъюгацией. Образовавшиеся зиготы с толстой обо­лочкой после периода покоя прорастают. Этому предшествует двухкратное деление ядра: из четырех получившихся ядер три отмирают,

Морские водоросли: 1 - ульва; 2 - фукус.

а одно остается ядром единственного проростка, который выходит в месте разрыва оболочки зиготы и развива­ется во взрослую водоросль.

Ульва. Ульва известна под на­званием «морской салат», так как население многих примор­ских стран употребляет ее в пищу. На мелководье Черного и Японского морей ульва - одна из массовых водорослей. Ее легко узнать по широкому двухслойно­му пластинчатому слоевищу ярко-зеленого цвета.

Слоевище ульвы состоит из почти однотипных клеток. Лишь у основания они более крупные и снабжены отростками, с помо­щью которых растения прикреп­ляются к субстрату. Размножает­ся ульва бесполым (четырехжгутиковыми зооспорами) и поло­вым способами. Специализиро­ванных органов размножения у нее нет, зооспоры и гаметы обра­зуются в обычных клетках.

Ламинария. В морях обитают водоросли, имеющие желто-бу­рую окраску слоевища. Это так называемые бурые водоросли. Окраска их слоевища обусловле­на высоким содержанием в клет­ках особых пигментов. Тело бу­рых водорослей имеет вид нитей или пластин. Типичным предста­вителем этой группы водорослей является ламинария, которая из­вестна под названием «морская капуста». Она имеет пластинчатое слоевище длиной до 10 - 15 м. Ламинария при­крепляется к субстрату выроста­ми слоевища - ризоидами. Раз­множается зооспорами и поло­вым путем.

Ламинария используется в пищу, идет на корм скоту как пи­щевая добавка, содержащая мно­гие химические элементы и боль­шое количество йода. Использу­ется ламинария также для полу­чения йода и углеводов, приме­няемых в пищевой, медицинской и микробиологической промыш­ленности.

На мелководье густые заросли об­разует фукус . Его слоевище более расчлененное, чем у ламинарии. В верхней части слоевища имеются специальные пузыри с воздухом, благодаря чему тело фукуса удерживается в вертикальном положении.

Приспособления водорослей к условиям обитания. Для орга­низмов, обитающих в океанах, морях, реках и других водо­емах, вода является их средой обитания. Условия этой среды

Морские водоросли: 1 - ламинария; 2 - аллария; 3 - ундария; 4 - филлофора; 5 - гелидиум; 6 - анфельция.

заметно отличаются от назем­ных условий. Для водоемов ха­рактерны постепенное ослабле­ние освещенности по мере по­гружения на глубину, колеба­ния температуры и солености, низкое содержание кислоро­да в воде - в 30-35 раз мень­ше, чем в воздухе. Кроме того, для морских водорослей боль­шую опасность представляет движение воды, особенно в при­брежной (приливно-отливной) зоне. Здесь водоросли подверга­ются воздействию таких мощ­ных факторов, как прибой и удары волн, отливы, приливы и др.

Выживание водорослей в та­ких жестких условиях водной среды возможно за счет ряда особенностей строения.

1. При недостатке влаги обо­лочки клеток значительно утол­щаются, пропитываются неор­ганическими и органическими веществами, которые защища­ют организм от высыхания в пе­риод отлива.

2. Слоевище морских водорос­лей прочно прикреплено к грун­ту, поэтому в случае прибоя и

ударов волн они сравнительно редко отрываются от грунта.

3. Глубоководные водоросли содержат более крупные хло-ропласты с высоким содержани­ем хлорофилла и других фото-синтезирующих пигментов.

4. У некоторых водорослей имеются специальные пузыри, заполненные воздухом. Они, как поплавки, удерживают сло-евище у поверхности воды, где есть возможность улавливать максимальное количество света для фотосинтеза.

5. Выход спор и гамет у морс­ких водорослей совпадает с прили­вом. Развитие зиготы происходит сразу же после оплодотворения, что предотвращает ее унос в океан.

Значение водорослей. Повсе­местное распространение водо­рослей определяет их большое значение в биосфере и хозяй­ственной деятельности челове­ка. Благодаря способности к фо­тосинтезу они создают в водо­емах огромное количество орга­нических веществ, которые ис­пользуются водными животны­ми. Иными словами, водоросли являются кормильцами водных животных.

Водоросли являются источ­ником кислорода. Поглощая из воды углекислый газ, водорос­ли насыщают ее кислородом, не­обходимым для всех живых организмов.

Многие водоросли (эвглена, хламидомонада и др.) являются активными санитарами загряз­ненных водоемов, в том числе хозяйственных и бытовых сто­ков городской канализации.

В геологическом прошлом Земли водоросли играли важ­ную роль в образовании горных и меловых пород, известняков, рифов, особых разновидностей угля, были родоначальниками растений, заселивших сушу.

Водоросли чрезвычайно ши­роко используются в различных отраслях хозяйственной дея­тельности человека, в том числе в пищевой, фармацевтической и парфюмерной промышленно­сти. Их возделывают в больших количествах в установках под от­крытым небом с целью получе­ния белков, витаминов.

Большое значение в природе и хозяйственной деятельности человека имеет хлорелла. Быст­рое размножение и высокая ин­тенсивность фотосинтеза (при­мерно в 3-5 раз выше, чем у на­земных растений) приводят к тому, что за сутки масса хлорел­лы увеличивается более чем в 10 раз. При этом в клетках накап­ливаются белки (до 50 % сухой массы клетки), сахара, жиры, витамины и др.

Способность хлореллы в про­цессе фотосинтеза интенсивно поглощать углекислый газ и вы­делять кислород делает возмож­ным использование ее для восста­новления воздуха в замкнутых пространствах космических ко­раблей и подводных лодок.

Водоросли служат сырьем для получения ценных органи­ческих веществ: спиртов, лака, органических кислот, йода. Из водорослей получают также осо­бые вещества, на основе кото­рых изготавливают клей, обла­дающий клеящей силой, в 14 раз превосходящей таковую крахмала. Эти вещества ис­пользуются в текстильной и бу­мажной промышленности для придания бумаге плотности и глянца.

Из красных водорослей полу­чают агар-агар. Он применяется в качестве твердой среды, на ко­торой с добавлением определен­ных питательных веществ вы­ращивают грибы, бактерии. В больших количествах агар-агар используют в пищевой про­мышленности при изготовлении мармелада, пастилы, морожено­го и других изделий.

Человек использует водорос­ли в пищу. Так, на Гавайских ос­тровах из 115 имеющихся там видов водорослей местное насе­ление употребляет в пищу око­ло 60. Наибольшей известнос­тью как лечебное и профилакти­ческое средство пользуется «морская капуста» (некоторые виды бурой водоросли ламина­рии и красной порфиры). Она применяется против желудочно-кишечных расстройств, при за­болевании щитовидной железы, рахите и других болезнях. В сельском хозяйстве водо­росли применяют как органи­ческие удобрения под некото­рые растения и в качестве кор­мовой добавки в рационы до­машних животных.

В пресноводных и морских водоемах широко распростране­ны многоклеточные водоросли. Тело многоклеточных водорос­лей называется слоевищем. От­личительная черта слоевища - сходство строения клеток и от­сутствие тканей и органов. Все клетки слоевища устроены по­чти одинаково, и все части тела выполняют одинаковые функ­ции. Для обитания в воде водо­росли имеют ряд характерных черт. Водоросли играют важную роль в биосфере и хозяйственной деятельности человека.

Сине-зеленые водоросли были первыми организмами, начавшими выделять кислород в атмосферу, которая до того была в основном бескислородной. Понятно, что эти прокариотические водоросли были также первыми организмами, сумевшими выработать систему защиты от такого агрессивного элемента, каким является кислород, и стать толерантными к нему. Если первобытный океан содержал много ионов двухвалентного железа то эти ионы могли быстро соединяться с высвобожденным кислородом, предоставляя, таким образом, водорослям длительное время для того, чтобы они привыкли к этому яду.

Можно думать, что ранние «протоводоросли» еще не были способны к дыханию, а могли только переносить присутствие кислорода. По-видимому, такие организмы вымерли. В настоящее время не известны такие сине-зеленые водоросли другие растения), которые не были бы способны получать энергию путем дыхания, хотя, насколько известно, цикл лимонной кислоты у сине-зеленых водорослей неполон . Более того, редко наблюдался настоящий рост растений без кислорода. Даже зеленые водоросли , адаптированные к водороду и не высвобождающие кислород не могут расти без кислорода. Но быть может, кислород нужен не для дыхания, а для биосинтеза. Некоторое растения предпочитают пониженные давления кислорода . Но, как бы там ни было, прокариотические и эукариотические растения могут утрачивать фотосинтез и хлорофилл и жить только на дыхании (12, Е, 14, Е); .

Рассматривая дыхание, надо прежде всего сосредоточить внимание на сине-зеленых водорослях. К сожалению, о них не так много известно . Интересен результат, полученный, правда, пока только на немногих организмах: оказывается, что метаболический водород, поступающий в дыхательную цепь, образуется не в полном цикле лимонной кислоты а в пентозофосфатном пути и, кроме

того, водород поступает в дыхательную цепь в виде НАДФ-Н.

Напомним, что по крайней мере у многих из современных фотосинтезирующих бактерий в различных условиях цикл лимонной кислоты осуществляется в его полном виде Можно предположить, что общие предки этих бактерий и сине-зеленых водорослей, которые должны были быть анаэробными, были не способны проводить полный цикл и бактерии начали использовать его только после того, как стали аэробами. Не ясно, однако, почему сине-зеленые водоросли не приобрели полного цикла лимонной кислоты, или, если они его приобрели, то почему позже вновь утратили.

Поскольку реакции, протекающие с участием кислорода у бактерий, изучены гораздо лучше, чем реакции у сине-зеленых водорослей, и поскольку эти реакции у эукариотов произошли от бактериальных реакций, то, если верна симбиотическая гипотеза мы будем чаще ссылаться на дыхание бактерий, чем на дыхание сине-зеленых водорослей.

Водоросли относят к низшим растениям. Их более 30 тысяч видов. Среди них есть как одноклеточные, так и многоклеточные формы. Некоторые водоросли имеют очень большие размеры (несколько метров в длину).

Название «водоросль» говорит о том, что эти растения обитают в воде (в пресной и морской). Однако водоросли можно встретить во многих влажных местах. Например, в почве и на коре деревьев. Некоторые виды водорослей способны, как и ряд бактерий, обитать на ледниках и в горячих источниках.

Водорослей относят к низшим растениям, так как у них нет настоящих тканей. У одноклеточных водорослей тело состоит из одной клетки, некоторые водоросли образуют колонии клеток. У многоклеточных водорослей тело представлено слоевищем (другое название - таллом ).

Поскольку водоросли относят к растениям, то все они являются автотрофами. Кроме хлорофилла клетки многих водорослей содержат красные, синие, бурые, оранжевые пигменты. Пигменты находятся в хроматофорах , которые имеют мембранную структуру и выглядят как ленты или пластинки и т. п. В хроматофорах нередко откладывается запасное питательное вещество (крахмал).

Размножение водорослей

Водоросли размножаются как бесполым, так и половым путем. Среди типов бесполого размножения преобладает вегетативное . Так, одноклеточные водоросли размножаются делением их клетки надвое. У многоклеточных форм происходит фрагментация слоевища.

Однако бесполое размножение у водорослей может быть не только вегетативным, но и с помощью зооспор , которые образуются в зооспорангиях. Зооспоры представляют собой подвижные клетки с жгутиками. Они способны активно плавать. Через какое то время зооспоры отбрасывают жгутики, покрываются оболочкой и дают начало водоросли.

У ряда водорослей наблюдается половой процесс , или конъюгация. При этом между клетками разных особей происходит обмен ДНК.

При половом размножении у многоклеточных водорослей образуются мужские и женские гаметы. Они образуются в специальных клетках. При этом на одном растении могут образовываться гаметы обоих типов или только одного (только мужские, или только женские. После выхода гаметы сливаются с образованием зиготы. Чаще всего зигота превращается в спору, которая какое-то время находится в стадии покоя, переживая таким образом неблагоприятные условия. Обычно после зимовки споры водорослей дают начало новым растениям.

Одноклеточные водоросли

Хламидомонада

Хламидомонада обитает в загрязненных органикой мелких водоемах, лужах. Хламидомонада является одноклеточной водорослью. Ее клетка имеет овальную форму, но один из концов слегка заострен и на нем находится пара жгутиков. Жгутики позволяют достаточно быстро передвигаться в воде ввинчиванием.

Название этой водоросли происходит от слов «хламида» (одежда древних греков) и «монада» (простейший организм). Клетка хламидомонады покрыта пектиновой оболочкой, которая прозрачна и неплотно прилегает к мембране.

В цитоплазме хламидомонады есть ядро, светочувствительный глазок (стигма), крупная вакуоль, содержащая клеточный сок, а также пара мелких пульсирующих вакуолей.

Хламидомонада обладает способностью двигаться по направлению к свету (благодаря стигме) и кислороду. Т.е. она обладает положительным фототаксисом и аэротаксисом. Поэтому хламидомонада обычно плавает в верхних слоях водоемов.

Хлорофилл находится в большом хроматофоре, который имеет вид чаши. Здесь протекает процесс фотосинтеза.

Несмотря на то, что хламидомонада как растение способна к фотосинтезу, она также может поглощать готовые органические вещества, присутствующие в воде. Это ее свойство используется человеком для очистки загрязненных вод.

В благоприятных условиях хламидомонада размножается бесполым способом. При этом ее клетка отбрасывает жгутики и делится, образуя 4 или 8 новых клеток. В результате хламидомонада достаточно быстро размножается, что приводит к так называемому цветению воды.

В неблагоприятных условиях (холод, засуха) хламидомонада под своей оболочкой образует гаметы в количестве 32 или 64 штук. Гаметы выходят в воду и сливаются попарно. В результате образуются зиготы, которые покрываются плотной оболочкой. В таком виде хламидомонада переносит неблагоприятные условия среды. Когда условия становятся благоприятными (весной, период дождей), зигота делится, образуя четыре клетки-хламидомонады.

Хлорелла

Одноклеточная водоросль хлорелла обитает в пресных водоемах и влажной почве. Хлорелла имеет шаровидную форму без жгутиков. Также у нее нет светочувствительного глазка. Таким образом, хлорелла неподвижна.

Оболочка хлореллы плотная, в ее состав входит целлюлоза.

В цитоплазме присутствует ядро и хроматофор с хлорофиллом. Фотосинтез протекает весьма интенсивно, поэтому хлорелла выделяет много кислорода и производит много органического вещества. Также как хламидомонада, хлорелла способна усваивать готовые органические вещества, присутствующие в воде.

Для хлореллы характерно бесполое размножение делением.

Плеврококк

Плеврококк образует зеленый налет на почве, коре деревьев, скалах. Представляет собой одноклеточную водоросль.

Клетка плеврококка имеет ядро, вакуоль, хроматофор в виде пластинки.

Плеврококк не образует подвижные споры. Размножается путем деления клетки надвое.

Клетки плеврококка могут образовывать небольшие группы (по 4-6 клеток).

Многоклеточные водоросли

Улотрикс

Улотрикс представляет собой зеленую многоклеточную нитчатую водоросль. Обычно обитает в реках на поверхностях расположенных недалеко от поверхности воды. Улотрикс имеет ярко-зеленый цвет.

Нити улотрикса не ветвятся, одним концом они прикрепляются к субстрату. Каждая нить состоит из ряда небольших клеток. Нити растут за счет поперечного деления клеток.

Хроматофор у улотрикса имеет вид незамкнутого кольца.

В благоприятных условиях некоторые клетки нити улотрикса образуют зооспоры. У спор по 2 или 4 жгутика. Когда плавающая зооспора прикрепляется к предмету, она начинает делится, образуя нить водоросли.

В неблагоприятных условиях улотрикс способен размножаться половым путем. В некоторых клетках его нити образуются гаметы, имеющие по два жгутика. После выхода из клеток они попарно сливаются, образуя зиготы. В последствие зигота разделится на 4 клетки, каждая из которых даст начало отдельной нити водоросли.

Спирогира

Спирогира, также как улотрикс, является зеленой нитчатой водорослью. В пресных водоемах именно спирогира встречается чаще всего. Скапливаясь, она образует тину.

Нити спирогиры не ветвятся, состоят из цилиндрических клеток. Клетки покрыты слизью и имеют плотные целлюлозные оболочки.

Хроматофор спирогиры выглядит как спирально закрученная лента.

Ядро спирогиры подвешено в цитоплазме на протоплазменных нитях. Также в клетках есть вакуоль с клеточным соком.

Бесполое размножение у спирогиры осуществляется вегетативным способом: путем деления нити на фрагменты.

У спирогиры наблюдается половой процесс в форме конъюгации. При этом две нити располагаются рядом, между их клетками образуется канал. По этому каналу содержимое из одной клетки переходит в другую. После этого образуется зигота, которая, покрывшись плотной оболочкой, перезимовывает. Весной из нее вырастает новая спирогира.

Значение водорослей

Водоросли активно участвуют в круговороте веществ в природе. В результате фотосинтеза они выделяют большое количество кислорода и связывают углерод в органические вещества, которыми питаются животные.

Водоросли участвуют в образовании почвы и формировании осадочных пород.

Многие виды водоросли используются человеком. Так из морских водорослей получают агар-агар, йод, бром, калийные соли, клеящие вещества.

В сельском хозяйстве водоросли используются как кормовая добавка в рацион животных, а также как калийное удобрение.

С помощью водорослей очищают загрязненные водоемы.

Некоторые виды водорослей используются человеком в пищу (ламинария, порфира).