Интересные факты о водорослях. То, чего вы не знали о водных растениях
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.
Изучение водорослей является одним из самых важных этапов при подготовке специалистов в области марикультуры , рыбоводства и морской экологии .
Общие сведения
Водоросли - группа организмов различного происхождения, объединённых следующими признаками: наличие хлорофилла и фотоавтотрофного питания; у многоклеточных - отсутствие чёткой дифференцировки тела (называемого слоевищем, или талломом) на органы; отсутствие ярко выраженной проводящей системы; обитание в водной среде или во влажных условиях (в почве, сырых местах и т. п.). Они сами по себе не имеют органов, тканей и лишены покровной оболочки.
Некоторые водоросли способны к гетеротрофии (питанию готовой органикой), как осмотрофной (поверхностью клетки), например жгутиконосцы , так и путём заглатывания через клеточный рот (эвгленовые , динофитовые). Размеры водорослей колеблются от долей микрона (кокколитофориды и некоторые диатомеи) до 30-50 м (бурые водоросли - ламинария , макроцистис , саргассум) . Таллом бывает как одноклеточным, так и многоклеточным. Среди многоклеточных водорослей наряду с крупными есть микроскопические (например, спорофит ламинариевых). Среди одноклеточных есть колониальные формы , когда отдельные клетки тесно связаны между собой (соединены через плазмодесмы или погружены в общую слизь).
К водорослям относят различное число (в зависимости от классификации) отделов эукариот , многие из которых не связаны общим происхождением. Также к водорослям часто относят синезелёные водоросли или цианобактерии , являющиеся прокариотами . Традиционно водоросли причисляются к растениям.
Цитология
Клетки водорослей (за исключением амёбоидного типа) покрыты клеточной стенкой или клеточной оболочкой. Стенка находится снаружи мембраны клетки , обычно содержит структурный компонент (например, целлюлозу) и аморфный матрикс (например, пектиновые или агаровые вещества); также в ней могут быть дополнительные слои (например, спорополлениновый слой у хлореллы). Клеточная оболочка представляет собой или внешний кремнийорганический панцирь (у диатомей и некоторых других охрофитовых), или уплотнённый верхний слой цитоплазмы (плазмалемму), в котором могут быть дополнительные структуры, например, пузырьки, пустые или с целлюлозными пластинками (своеобразный панцирь, тека , у динофлагеллятов). Если клеточная оболочка пластичная, клетка может быть способна к так называемому метаболическому движению - скольжению за счёт небольшого изменения формы тела.
Фотосинтезирующие (и «маскирующие» их) пигменты находятся в особых пластидах - хлоропластах . Хлоропласт имеет две (красные , зелёные , харовые водоросли), три (эвглены, динофлагелляты) или четыре (охрофитовые водоросли) мембраны. Также он имеет собственный сильно редуцированный генетический аппарат, что позволяет предположить его симбиогенез (происхождение от захваченной прокариотной или, у гетероконтных водорослей, эукариотной клетки). Внутренняя мембрана выпячивается внутрь, образуя складки - тилакоиды , собранные в стопки - граны: монотилакоидные у красных и синезелёных, двух- и больше у зелёных и харовых, трёхтилакоидные у остальных. На тилакоидах, собственно, и расположены пигменты. Хлоропласты у водорослей имеют различную форму (мелкие дисковидные, спиралевидные, чашевидные, звёздчатые и т. д.).
У многих в хлоропласте имеются плотные образования - пиреноиды .
Продукты фотосинтеза, в данный момент излишние, сохраняются в форме различных запасных веществ: крахмала , гликогена , других полисахаридов , липидов . Помимо прочего липиды, будучи легче воды, позволяют держаться на плаву планктонным диатомовым с их тяжёлым панцирем. В некоторых водорослях образуются газовые пузыри, также обеспечивающие водоросли подъёмную силу.
Морфологическая организация таллома
У водорослей выделяют несколько основных типов организации таллома:
- Амёбоидный (ризоподиальный)
- Монадный
- Коккоидный
- Пальмеллоидный (капсальный)
- Нитчатый (трихальный)
- Разнонитчатый (гетеротрихальный)
- Пластинчатый
- Сифональный (неклеточный, сифоновый)
- Сифонокладальный
- Харофитный (членисто-мутовчатый)
- Сарциноидный
- Псевдопаренхиматозный (ложнотканевый)
У части синезелёных, зелёных и красных водорослей в слоевище откладываются соединения кальция , и оно становится твёрдым. Водоросли лишены корней и поглощают нужные им вещества из воды всей поверхностью. Крупные донные водоросли имеют органы прикрепления - подошву (уплощённое расширение в основании) или ризоиды (разветвлённые выросты). У некоторых водорослей побеги стелются по дну и дают новые слоевища.
Размножение и циклы развития
У водорослей встречается вегетативное, бесполое и половое размножение.
Экологические группы водорослей
Классификация
Водоросли - крайне гетерогенная группа организмов, насчитывающая около 100 тысяч (а по некоторым данным до 100 тыс. видов только в составе отдела диатомовых) видов. На основании различий в наборе пигментов, структуре хроматофора , особенностей морфологии и биохимии (состав клеточных оболочек, типы запасных питательных веществ) большинством отечественных систематиков выделяется 11 отделов водорослей [ ] :
- Прокариоты (Procaryota
)
- Царство Бактерии (Bacteria
)
- Подцарство Negibacteria
- Отдел Синезелёные водоросли (Cyanobacteria )
- Подцарство Negibacteria
- Царство Бактерии (Bacteria
)
- Домен Эукариоты (Eucaryota)
- Царство Растения (Plantae
)
- Подцарство Biliphyta
- Отдел Глаукофитовые водоросли (Glaucophyta )
- Отдел Красные водоросли (Rhodophyta )
- Подцарство Зелёные растения (Viridiplantae
)
- Отдел Зелёные водоросли (Chlorophyta )
- Отдел Харовые водоросли (Charophyta )
- Подцарство Biliphyta
- Царство Хромисты (Chromista
)
- Подцарство SAR
или Harosa
- Надотдел (надтип) Страменопилы (Stramenopiles
) или Гетероконты (Heterokonta
)
- Отдел Охрофитовые водоросли (Ochrophyta
)
- Класс Бурые водоросли (Phaeophyceae )
- Класс Жёлто-зелёные водоросли (Xanthophyceae )
- Класс Золотистые водоросли (Chrysophyceae )
- Отдел Диатомовые водоросли (Bacillariophyta )
- Отдел Охрофитовые водоросли (Ochrophyta
)
- Надтип (надотдел) Альвеоляты (Alveolata)
- Тип (отдел) Miozoa
- Надкласс Динофлагелляты (Dinoflagellata)
- Тип (отдел) Miozoa
- Надтип (надотдел) Ризарии (Rhizaria)
- Тип (отдел) Церкозои (Cercozoa)
- Класс Хлорарахниофитовые водоросли (Chlorarachnea =Chlorarachniophyceae )
- Тип (отдел) Церкозои (Cercozoa)
- Надотдел (надтип) Страменопилы (Stramenopiles
) или Гетероконты (Heterokonta
)
- Подцарство Hacrobia
- Подцарство SAR
или Harosa
- Царство Растения (Plantae
)
- Отдел Криптофитовые водоросли (Cryptophyta )
- Отдел Гаптофитовые водоросли (Haptophyta )
- Царство Простейшие (Protozoa)
- Подцарство Eozoa
- Тип Эвгленозои (Euglenozoa)
- Класс Эвгленовые (Euglenoidea =Euglenophyceae )
- Тип Эвгленозои (Euglenozoa)
- Подцарство Eozoa
Происхождение, родственные связи и эволюция
Роль в природе и жизни человека
Роль в биогеоценозах
Водоросли - главные производители органических веществ в водной среде. Около 80 % всех органических веществ, ежегодно создающихся на Земле, приходится на долю водорослей и других водных растений. Водоросли прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных. Известны горные породы (диатомиты, горючие сланцы, часть известняков), возникшие в результате жизнедеятельности водорослей в прошлые геологические эпохи. Кстати, именно по диатомовым водорослям определяется возраст этих пород.
Пищевое применение
Некоторые водоросли, в основном морские, употребляются в пищу (морская капуста , порфира , ульва). В приморских районах водоросли идут на корм скоту и удобрение . В ряде стран водоросли культивируют для получения большого количества биомассы, идущей на корм скоту и используемой в пищевой промышленности.
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:
- Неотрегулированный режим освещения аквариума. Это недостаток светового дня или его избыток.
- Излишки органики в ёмкости. Они могут быть в виде остатков корма, отмерших аквариумных растений, рыбных нечистот.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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:
- 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.
- 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.
Каждый не раз наблюдал, как «цветет» вода в лужах и прудах. Вода становится ярко-зеленого цвета. Если набрать эту воду в стакан и посмотреть на свет, то можно увидеть в ней множество мелких организмов. Некоторых из них мы не можем рассмотреть невооруженным глазом. Они видны только под микроскопом. Тогда вы будете созерцать удивительный мир различных животных, которые отличаются по форме и строению и представляют собой зеленые шарики, нити, пластинки. Такие растения имеют простое строение и называются водорослями. Средой обитания водорослей является вода: пруды, реки, моря, озера, океаны. Только малая часть представителей этой группы растений могут обитать на суше в местах с повышенной влажностью.
В лужах часто обитает одноклеточная зеленая водоросль хламидомонада . Название этого организма состоит из двух иностранных слов. В переводе на русский язык «монада» означает простейший организм, «хламида» - одежда, то есть дословно – простейший организм, покрытый оболочкой (одеждой). Если рассматривать эту водоросль под микроскопом, то хламидомонада выглядит как небольшой шарик зеленого цвета. Эта водоросль передвигается с большой скоростью с помощью двух жгутиков, расположенных у нее на переднем конце.
Все хламидомонады состоят из единственной клетки. Снаружи она имеет прозрачную оболочку, под которой находится протоплазма с заключенным в нем ядром. Хламидомонада имеет формц чаши и окрашена в зеленый цвет, так как в ней находится зеленое тело – хроматофора. В связи с наличием хлорофилла хламидомонада питается и образует органические вещества, как и все зеленые растения. Эта водоросль всей поверхностью оболочки поглощает растворы минеральных солей и углекислый газ из атмосферного воздуха. При реакциях преобразования углекислого газа и воды на свету в хроматофоре хламидомонады образуется крахмал и другие органические вещества. Дыхание водоросли, так же, как и других живых организмов, осуществляется при поглощении кислорода, растворенного в воде.
Размножение хламидомонады происходит двумя способами. Более простой способ - деление организма хламидомонады вначале на две клетки. Затем каждая из вновь образованных клеток делится еще на две, возможно еще деление. Так, одна хламидомонада дает начало четырем или восьми клеткам. Все они начинают самостоятельную жизнь и увеличиваются вскоре до размеров взрослой водоросли. Этот тип размножения способом простого деления клетки носит название бесполого размножения.
Второй способ размножения сложнее описанного выше. Вначале хламидомонада делится на множество небольших подвижных клеток, каждая из которых имеет жгутик. Такие клетки соединяются парами в области передних краев – «носиками», затем их протоплазмы сливаются. Каждые из этих двух клеток образуют новый организм, который покрывается прочной оболочкой. Это дает возможность хламидомонаде выживать в неблагоприятных условиях (при низкой температуре и пониженной влажности). После окончания периода покоя при наступления благоприятных условий для жизни из такой покоящейся клетки (споры) появляется несколько клеток. Появившиеся юные хламидомонады, оставив оболочку материнской клетки, превращаются во взрослых хламидомонад. Этот тип размножения, когда две клетки соединяются, а образовавшаяся новая клетка снова делится на несколько клеток, именуется половым размножением.
Многие замечали в прудах, озерах, реках возле берега зеленую тину. Если отобрать часть такой тины, отмыть ее под проточной водой и разложить на светлой матовой поверхности, то можно увидеть, что тину образуют множество тонких зеленых нитей. Это многоклеточные водоросли зеленого цвета. Среди них часто встречается спирогира, также имеющая форму нитей. Если рассмотреть эту водоросль под микроскопом, заметно, что спирогира является длинной неветвящейся нитью, состоящей из одного ряда крупных клеток. Структура каждой клетки такова: ядро, протоплазма и хроматофор, заключенные в оболочку. Хроматофор, содержащий хлорофилл, выглядит как извитая зеленая лента.
Если поставить банку со спирогирой в воде на солнечный свет, через некоторое время станут заметны пузырьки воздуха, накапливающиеся на нитях спирогиры и стенках банки. Это объясняется тем, что спирогира, как и остальные зеленые растения, преобразует поглощенный углекислый газ в кислород. Кроме того, это растение образует крахмал – органическое вещество.
Размножение спирогиры происходит двумя способами. Более простой – путем разрыва нити на несколько частей. Также водоросль может размножаться посредством слияния двух клеток нити с формированием споры. Спора может длительно сохраняться в неблагоприятных условиях, а при прорастании из нее развивается новое растение.
Водоросли имеют огромное значение в существовании водоемов. Благодаря жизнедеятельности водорослей, из воды поглощается углекислый газ и выделяется кислород. Вследствие этого процесса обеспечиваются благоприятные условия для дыхания и жизни обитателей озер, рек, прудов, в том числе рыб. Также водоросли служат кормом мелким животным водоемов, которых, в свою очередь, поедают рыбы. А некоторые рыбы питаются водорослями. Этот факт учитывают при разведении рыбы в водоеме. Потому стараются создать благоприятную среду обитания и для водорослей. С этой целью применяют минеральные соли как удобрение для водоемов.
В большом количестве многоклеточные водоросли встречаются в океанах и морях. Морские водоросли имеют бурый или красный цвет. Бурые водоросли могут достигать в длину 100 метров, то есть имеют большую длину, чем высота самых высоких деревьев.
Практическое значение водорослей невозможно переоценить. Огромная масса этих водорослей после бури оказывается на берегу. Среди этих груд водорослей можно найти ламинарию, тело которой выглядит как длинные пластины, напоминающие листья. Ламинария используется как кормовое растение для сельскохозяйственных животных.
Китайцы называют некоторые виды водорослей «морской капустой» и употребляют их в пищу, изготавливают их водорослей разнообразные блюда местной кухни. Золу многих водорослей перерабатывают для получения йода. А перегнивающие остатки водорослей применяют в качестве удобрения на полях.
Таким образом, большая часть водорослей живет в водоемах. Среди них есть как одноклеточные, так и многоклеточные. В состав клеток водорослей, как и других зеленых растений, входит хлорофилл. В этом их отличие от бактерий. Главное отличие водорослей от цветковых растений состоит в том, что у них нет стеблей, корней и листьев. Соответственно, они не цветут и не плодоносят.
Водоросли чрезвычайно важны в окружающей среде. Ими выделяется кислород, так необходимый для дыхания животных, обитающих в водоемах. Водоросли являются кормом для некоторых видов рыб. В сельском хозяйстве морские водоросли используют как корм для скота, для удобрения полей. Из водорослей добывают йод, а также некоторые виды используют в пищу.
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.