Водоросли

Водоросли – автотрофные организмы. Они бывают одноклеточные (например, хламидомонада, хлорелла), колониальные (вольвокс, пандорина) и многоклеточные (ульва, фукус). Каждая из этих форм имеет различные размеры – от микроскопических до нескольких десятков метров.

Водоросль макроцистис вырастает за день на 45 сантиметров и достигает длины 160 метров. У колониальных водорослей отдельные клетки тесно соединены между собой через нити цитоплазмы (плазмодесмы) или погружены в общую слизь.

Наука о водорослях называется альгологией. Клетки большинства водорослей существенно не отличаются от типичных клеток растений, однако у них есть свои особенности. Как и все растительные клетки, снаружи клетки водорослей покрыты клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной, под которыми располагается внутриклеточное содержимое (цитоплазма, ядро, вакуоль с клеточным соком, митохондрии, рибосомы и другие органоиды). В растительных клетках фотосинтезирующие пигменты находятся в хлоропластах. У водорослей они называются «хроматофоры». Они могут быть различной формы (пластинчатыми, дисковидными, спиралевидными, чашевидными). Хроматофоры, так же как и хлоропласты, содержат хлорофилл, который придаёт зелёную окраску клетке. В хроматофоре многих видов водорослей содержатся особые включения – пиреноиды. Это место скопления питательных веществ, в котором фотосинтез происходит наиболее активно.

Часть водорослей приспособились к жизни на коре деревьев, сырых участках почвы, стенах домов, высоко в горах, ледниках. Но большинство водорослей – обитатели воды. Однако не все водные растения являются водорослями. В водной среде обитают представители всех групп высших растений, кроме голосеменных. Эти растения происходят от наземных форм и являются вторичноводными. Они попали в воду, осваивая новые места обитания. В отличие от них водоросли всегда существовали в воде. Рассмотрим несколько примеров водных высших растений: папоротники сальвиния плавающая и азолла, кувшинка и кубышка, корни которых расположены в донном грунте, а листья и цветки – на поверхности воды.

Вы уже знаете, что водоросли – низшие растения. Их клетки практически не отличаются друг от друга, отсутствует чёткая дифференцировка на ткани. Тело водорослей не разделено на вегетативные органы (корень, стебель, лист), а представлено талломом, или слоевищем. Талломы водорослей бывают различного цвета. Это связано с сочетанием в них пигментов: зелёных, оранжевых, жёлтых, красных и синих. Выделяют следующие группы водорослей: зелёные, красные (или багрянки), бурые, золотистые, жёлто-зелёные и харовые водоросли. Бурые водоросли (например, ламинария, фукус) наиболее высокоорганизованны. У них появляются ткани, но они ещё слабо дифференцированы и малочисленны. Слоевище может иметь самую разнообразную рассечённость. Такие виды водорослей похожи на высшие растения, их структуры внешне напоминают стебли, листья и даже плоды. Они прикрепляются к субстрату с помощью ризоидов. Это защищает их от течения воды или волн. Но эти «корнеподобные» структуры не являются корнями.

Водоросли морфологически разнообразны. Встречаются чрезвычайно простые одноклеточные, а также сложнорасчленённые. Поэтому у водорослей выделяют несколько основных типов организации таллома. Рассмотрим эти типы.

Амёбоидная структура. Одноклеточные организмы, которые не имеют клеточной стенки, и, следовательно, не способны сохранять постоянную форму тела. Такие клетки способны передвигаться с помощью псевдоподий. Вы уже встречались с таким типом движения у амёбы обыкновенной.

Монадная структура. Одноклеточные организмы, которые имеют постоянную форму тела. Благодаря наличию жгутиков, клетки способны к активному движению. Часто имеют стигму (светочувствительный «глазок»). Для пресноводных видов характерно наличие сократительной вакуоли. Часто встречается объединение нескольких монадных клеток в колонию, окружённую общей слизью.

Коккоидная структура. Одноклеточные или колониальные организмы, имеющие постоянную форму тела. Они не имеют жгутиков или псевдоподий, следовательно, не способны к самостоятельному передвижению и переносятся током воды. Чаще всего имеют клеточную стенку или панцирь. Могут быть различные выросты, поры для облегчения парения в толще воды.

Пальмеллоидная структура. Образование из нескольких коккоидных клеток, погружённых в слизь и, как правило, прикреплённое к субстрату. Клетки между собой не объединяются – отсутствуют плазмодесмы.

Нитчатая структура. Многоклеточный таллом, в котором клетки соединены в простую или разветвлённую нить. Нити могут свободно плавать в толще воды, прикрепляться к субстрату либо объединяться в колонию. Чаще всего клетки нити делятся поперечными перегородками, что обеспечивает постоянный рост нити в длину. Клетки в нити не имеют жгутиков и могут быть связаны между собой плазмодесмами.

Пластинчатая структура. Многоклеточные талломы в форме пластинок из одного, двух или нескольких слоёв клеток.

Харофитная (членисто-мутовчатая) структура. Встречается только у харовых водорослей. Таллом многоклеточный, может достигать больших размеров, состоит из главного побега с отходящими от него членистыми боковыми побегами.

Водоросли очень разнообразны. Познакомимся поближе с некоторыми видами.

Хлорелла – одноклеточная зелёная водоросль, широко распространённая в пресных водоёмах и почвах. Клетки её мелкие, шаровидные, хорошо видимые только с помощью микроскопа. Хлорелла очень быстро размножается и активно поглощает из окружающей среды органические вещества. Поэтому её применяют при биологической очистке сточных вод.

Спирогира является самой распространённой водорослью пресных вод, где её скопления образуют основную массу зелёной тины. Её нити свободно плавают и не ветвятся, состоят из довольно крупных цилиндрических клеток. Хроматофор представлен спирально закрученной лентой.

Улотрикс обитает в реках, где часто покрывает ярко-зелёным налётом подводные предметы, расположенные близко к поверхности воды. Неветвящиеся нити улотрикса состоят из ряда коротких клеток и одним концом прикрепляются к субстрату. Хроматофор имеет вид незамкнутого кольца.

Ульва – морская зелёная водоросль, известная под названием «морской салат». Имеет многоклеточное ярко-зелёное пластинчатое слоевище, достигающее в длину до полутора метров.

Вольвокс – колониальный организм, относящийся к отделу зелёных водорослей. Вольвокс способен передвигаться, клетки внешнего слоя имеют по два жгутика. Обитают в стоячих пресных водоёмах. При массовом размножении вызывают цветение воды, окрашивая её в зелёный цвет. Размер одной колонии достигает 3 миллиметров. Колония шарообразная, включает от 200 до 10 тысяч клеток.

Ламинария (или «морская капуста») – бурая водоросль, которая употребляется в пищу. Её таллом имеет буровато-коричневую окраску, так как в нём содержится много жёлтых пигментов, маскирующих хлорофилл. Таллом ламинарии может достигать длины 20 метров. Имеет органы прикрепления – ризоиды.

Порфира – морская красная водоросль. Имеет таллом в виде однослойной или двухслойной пластинки, сужающейся в нижней части в небольшой стебелёк. Он переходит в подошву с ризоидами. Это растения средних размеров, но нередко достигают в длину метра и более.

Большинство водорослей обитает от поверхности воды до глубины 20–40 метров, только немногие виды (из красных и бурых) при хорошей прозрачности воды опускаются до 200 метров. Глубже проникает небольшое количество света. Его недостаточно для синтеза органических веществ, поэтому в этих слоях живут лишь водоросли, имеющие вспомогательные пигменты (красный, синий).

Водоросли, которые прикрепляются ко дну или подводным предметам с помощью ризоидов, называются бентосные (донные). Часть водорослей имеют небольшие размеры и свободно плавают в толще воды. Это фитопланктон, образующий продуцентную основу большинства водных биоценозов.

Следует заметить, что сине-зелёные водоросли (цианобактерии) не являются настоящими водорослями, так как они относятся к прокариотам, клетки которых не имеют ядра.

Выделяют несколько экологических форм водорослей: пресноводные водоросли, водоросли морей и океанов, бентосные водоросли, фитопланктон, водоросли ледников, водоросли термальных источников, наземные водоросли и почвенные водоросли.

Первые примитивные водоросли появились в архейскую эру. Они осуществляли фотосинтез и насыщали воду и воздух кислородом. Это позволило существовать аэробным организмам.

Водоросли имеют большое значение в существовании водных сообществ. Они являются продуцентами органических веществ. Водоросли прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных. Огромная скорость размножения делает их основой всех водных цепей питания. Микроскопические водоросли размножаются столь быстро, что их просто не успевают съесть питающиеся ими животные. Высокая скорость размножения микроскопических водорослей приносит как пользу, так и вред. Часто это является причиной серьёзных экологических нарушений, начинается цветение воды, в результате чего в ней резко снижается содержание кислорода. Это часто приводит к массовой гибели водных организмов.

Вместе с кораллами водоросли активно участвуют в образовании рифов.

Разнообразна роль водорослей и в жизни человека. Во многих странах некоторые виды употребляют в пищу. Красный морской салат изготовляют из красной водоросли порфиры. Морской капустой называют бурую водоросль ламинарию, которая способна выводить радионуклиды из организма человека. Кроме того, ламинария содержит большое количество витаминов и минеральных элементов, особенно йода.

Человек использует морские водоросли в химической промышленности. Из них получают йод, альгиновую кислоту, калийные соли, целлюлозу, спирт и уксусную кислоту, агар-агар.

Агар получают из слоевищ водорослей (особенно красных). Он широко используется в пищевой промышленности для приготовления различного рода желе и мармеладов. Водоросли очень богаты калием, поэтому в прибрежных районах их используют в качестве удобрения. Высокое содержание йода долгое время делало водоросли основным промышленным источником получения этого ценного элемента.