Водоросли

ВОДОРОСЛИ.

ВОДОРОСЛИ – бессосудистые споровые растения, содержащие в клетках хлорофилл и, следовательно, способные к фотосинтезу.

У организмов, объединяемых в группу водорослей, есть ряд общих признаков. В морфологическом отношении для водорослей наиболее существенным признаком является отсутствие многоклеточных органов – корня, листьев, стебля, типичных для высших растений. Такое нерасчлененное на органы тело водорослей носит название слоевище, или таллом.

У водорослей более простое (по сравнению с высшими растениями) анатомическое строение – нет проводящей (сосудистой) системы. Водоросли никогда не образуют цветков и семян, а размножаются вегетативно или спорами. В клетках водорослей содержится хлорофилл, благодаря которому они способны ассимилировать на свету углекислый газ (т.е. питаться при помощи фотосинтеза), это преимущественно обитатели водной среды, но многие приспособились к жизни в почве и на ее поверхности, на скалах, на стволах деревьев и в других биотопах.

По одной из современных систем, водоросли делятся на 12 отделов: синезеленые, прохлорофитовые, красные, золотистые, диатомовые, криптофитовые, динофитовые, бурые, желтозеленые, эвгленовые, зеленые, харовые. Всего известно около 30 тысяч видов водорослей.

Наука о водорослях называется альгология или фикология, ее рассматривают как самостоятельный раздел ботаники.

Строение водорослей. Основной структурной единицей тела водорослей, представленных одноклеточными и многоклеточными формами, является клетка. Существуют различные типы клеток водорослей, их разделяют по форме (шаровидные, цилиндрические и т. д.), функциям (половые, вегетативные, способные и не способные к фотосинтезу и др.), расположению и пр. Но наиболее принципиальной в наши дни считается классификация клеток по особенностям их тонкого строения, обнаруживаемого с помощью электронного микроскопа. С этой точки зрения различают клетки, содержащие типичные ядра, (т.е. ядра, окруженные ядерными оболочками, мембранами), и клетки, не имеющие типичных ядер.

Водоросли могут быть одноклеточными, колониальными, многоклеточными и неклеточными. Окраска водорослей многообразна (зеленая, розовая, красная, оранжевая, почти черная, фиолетовая, голубая и др), обусловлено это тем, что одни водоросли содержат только хлорофилл, а другие – еще ряд пигментов, окрашивающих их в различные цвета.

Основные факторы, влияющие на развитие водорослей. Основными факторами, влияющими на развитие водорослей, являются свет, температура, наличие воды, источников углерода, минеральных и органических веществ. Водоросли широко распространены по всему земному шару, их можно встретить в воде, в почве и на ее поверхности, на коре деревьев, стенах деревянных и каменных построек и даже в таких негостеприимных местах, как пустыни и ледники. Для большинства водорослей вода – постоянная среда обитания, однако многие их виды могут жить и вне воды.

Соленость и минеральный состав воды – это важнейшие лимитирующие факторы, влияющие на распределение водорослей.

Свет необходим водорослям как источник энергии фотохимических реакций и как регулятор развития. Его избыток, также как и недостаток, может быть причиной серьезных нарушений развития водорослей.

Движение водных масс обеспечивает приток питательных веществ и удаление продуктов жизнедеятельности водорослей. В любых континентальных и морских водоемах существует относительное движение водных масс, поэтому почти все водоросли водоемов – обитатели текучих вод. Исключение составляют лишь водоросли, развивающиеся в особо крайних условиях (в пустотах скал, толще льда и пр.).

Водорослям свойственны очень широкие диапазоны температурной устойчивости. Некоторые их виды способны существовать как в горячих источниках, температура которых близка к температуре кипения воды, так и на поверхности льда и снега, где температуры колеблются около 0° С.

Экологические группы водорослей. Водоросли распространены по всему земному шару и встречаются в различных водных, наземных и почвенных биотопах. Известны разнообразные экологические группы этих организмов: 1) планктонные водоросли; 2) нейстонные водоросли; 3) бентосные водоросли; 4) наземные водоросли; 5) почвенные водоросли; 6) водоросли горячих источников; 7) водоросли снега и льда; 8) водоросли соленых водоемов; 9) водоросли, существующие в известковом субстрате.

Водоросли играют огромную роль в природе. Они являются основными производителями органической пищи и кислорода в водных экосистемах Земли, и, кроме того, играют большую роль в общем балансе кислорода на планете. Водоросли учувствуют в процессах формирования примитивных почв на субстратах, лишенных почвенного покрова, а также в процессах восстановления почв, нарушенных сильными загрязнениями. Водоросли принимают участие в строительстве коралловых рифов – наиболее грандиозных геологических образований, созданных живыми организмами. Геохимическая роль водорослей, прежде всего, связана с круговоротом в природе кальция и кремния.Массовое развитие водорослей в прошлые геологические эпохи привело к образованию мощных толщ горных пород. От водорослей произошли растения, заселившие сушу.

Трудно переоценить значение водорослей и для жизни человека. Водорослям отводят важную роль в решении ряда глобальных проблем, волнующих все человечество, в том числе продовольственной, энергетической, охраны окружающей среды, освоения недр Земли и богатств Мирового океана, изыскания новых источников промышленного сырья, строительных материалов, фармацевтических препаратов, биологически активных веществ и новых объектов биотехнологии.

1. Водоросли и их отличие от других растений.  
   Мир водорослей огромен. Он занимает в растительном царстве совершенно особое, исключительное по своему значению место, как в историческом аспекте, так и по той роли, которая принадлежит  
   ему в общем круговороте веществ в природе. Вместе с тем само понятие ''водоросли'' в научном отношении страдает большой неопределённостью. Это заставляет специально рассмотреть отличие относимых сюда растительных организмов от других представителей растительного царства  
   Действительно, слово «водоросли» означает лишь то, что это растения, живущие в воде. Однако в ботанике этот термин применяется в более узком смысле, и не все растения, наблюдаемые нами в водоёмах, можно назвать водорослями. С другой стороны, именно водоросли мы часто попросту не замечаем в водоёмах, так как очень многие из них нелегко распознать невооружённым глазом.  
   Приглядываясь к различным водоёмам, особенно к озёрам, мы прежде всего замечаем обилие растений. Некоторые из них прикреплены ко дну. К ним относятся, например, крупные зелёные скопления так называемой тины. Здесь же нередко встречаются и более крупные водоросли, состоящие из хорошо заметных на глаз простых или ветвящихся нитей, или совсем крупные хоровые водоросли, внешне похожие на хвощ.  
   С другой стороны, значительное количество микроскопических водорослей  
   , таких же как в водоёмах, произрастает и на суше: на поверхности почвы и в самой её толще, на деревьях, камнях. Правда, жизнь этих водорослей тоже тесно связана с водой, однако они могут довольствоваться только атмосферной  
   и грунтовой влагой, росой. В отличие от ''водных'' водорослей, эти водоросли  
   легко переносят высыхание и очень быстро оживают при малейшем увлажнении. В царстве растений водоросли относятся к обширному подцарству низших, или слоевцовых растений, куда входят также бактерии, грибы и лишайники.  
   Как и все низшие растения, водоросли размножаются вегетативно или с помощью спор, то есть относятся к споровым растениям. Однако в физиологическом отношении водоросли резко отличаются от остальных низших растений наличием хлорофилла, благодаря которому они способны ассимилировать на  
   свету углекислый газ. Кроме того, многие водоросли, обладающие хорошо развитым хлорофиллом, помимо фототрофного, могут быть свойственны и другие типы питания.  
   Таким образом, исходя из сказанного, легко вывести точное научное определение водорослей. Водоросли – это низшие, то есть слоевцовые споровые растения, содержащие в своих клетках хлорофилл, и живущие преимущественно в воде. Такое определение, однако, не даёт представление о том огромном разнообразии в строении тела, которое свойственно водорослям. Здесь мы встречаемся и с микроскопическими организмами – одноклеточными и многоклеточными, и с крупными формами различного строения. Большого  
   разнообразия достигают здесь способы размножения и строение органов размножения. Даже по окраске водоросли неодинаковы, так как одни содержат  
   только хлорофилл, другие ещё ряд дополнительных пигментов, окрашивающие их в различные цвета.  
   Разделение водорослей на систематические группы высшего ранга в основном совпадает с характером их окраски, связанной конечно, с особенностями строения. Водоросли разделены по 10 отделам:  
   1. сине – зелёные водоросли;  
   2. пирофитовые водоросли;  
   3. золотистые водоросли;  
   4. диатомовые водоросли;  
   5. жёлто – зелёные водоросли;  
   6. бурые водоросли;  
   7. красные водоросли;  
   8. эвшеновые водоросли;  
   9. зелёные водоросли;

10. хоровые  водоросли.

В научной литературе до сих пор продолжаются споры о положении в общей системе, с одной стороны, сине – зелёных водорослей и, с другой стороны, всех тех водорослей, которые представлены одноклеточными подвижными формами, снабжёнными органами движения – жгутиками (это почти все эвиленовые водоросли, большая часть пирофитовых и золотистых водорослей и отдельные классы жёлто – зелёных и зелёных водорослей).  
Действительно, сине – зелёные резко отличаются от других водорослей простотой внутренней организации клеток. Их клетки лишены оформленного ядра, что сближает их с бактериями. Вместе с бактериями сине – зелёные водоросли составляют раздел организмов, обозначенный как прокариоты, то есть ''доядерные'', в отличие от всех остальных растений и животных, обладающих оформленным клеточным ядром и обозначаемых как эукариоты.  
Что же касается жгутиковых форм водорослей, то здесь вопрос осложняется  
тем, что они во многих случаях близки к подобным же бесцветным формам, что  
дало повод для объединения всех их в общую систематическую группу ''жгутиковых организмов'' и включение в систему животного мира.  
С этих позиций мир водорослей как первичных фототрофных организмов един и целостен.

2. Способы питания водорослей.  
   Несмотря на удивительное многообразие жизненных форм растений, большинство из них объединяет уникальная способность, которая определяется способом их питания.  
   В отличие от животных организмов и многих бактерий, использующих для своей жизнедеятельности готовые органические соединения, у растений выработалась в ходе эволюции способность использовать для питания такие полностью окислённые вещества, как углекислота и вода, и создавать на их основе органические соединения.

Этот процесс в природе осуществляется за  
счёт энергии солнечного света и сопровождается выделением кислорода. Использование световой энергии для биологических синтезов стало возможным благодаря появлению у растений комплекса поглощающих свет пигментов, важнейшим из которых является хлорофилл.  
Водоросли, уже простейшие из них – сине – зелёные, являются первыми организмами, у которых появилась в процессе эволюции способность осуществлять фотосинтез с использованием воды в качестве источника водорода и выделением свободного кислорода, то есть процесс, свойственный всем  
другим водорослям, а за ними и высшим растениям.

Второй особенностью питания водорослей и других растений, не менее важной, хотя и не такой специфичной, как фотосинтез, является их способность усваивать азот, серу фосфор, калий и другие минеральные элементы в виде ионов минеральных солей и использовать их для синтеза таких важнейших компонентов живой клетки, как аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, макроэргические соединения, вещества вторичного обмена.

3. Клетка водоросли.

 
Клетка – основная структурная единица тела водорослей, представленных либо одноклеточными, либо многоклеточными формами.  
Особенность одноклеточных форм определяется тем, что здесь организмы состоят всего из одной клетки, поэтому в её строении и физиологии сочетаются клеточные и организменные черты.  
Мелкая, не видимая простым глазом одноклеточная водоросль выполняет роль своеобразной фабрики, которая добывает сырьё, его перерабатывает и производит такие ценные соединения, как белки, углеводы и жиры. Кроме того, важным продуктом её деятельности считается кислород. Таким образом, она активно участвует в круговороте веществ в природе. Одноклеточные водоросли иногда образуют временные или постоянные скопления в виде колоний.  
Многоклеточные формы возникли после того, как клетка проделала длительный и сложный путь развития в качестве самостоятельного организма.  
При знакомстве с водорослями бросается в глаза чрезвычайное разнообразие как форм, так и размеров их клеток. Наибольшая пестрота картин обнаруживается у свободноживущих одноклеточных водорослей.  
У водорослей, в отличие от высших растений, встречаются клетки, содержимое которых окружено лишь тонкой мембраной. Такие клетки обычно называют  
голыми. Они не способны сохранять свою форму и постоянно находятся в амёбоидном состоянии. Подобного рода клетки встречаются как среди одноклеточных, так и многоклеточных водорослей, чаще всего на стадии гамет и зооспор.  
Клетки некоторых водорослей (эвгленовых, жёлто – зелёных) помимо плазмалеммы, окружены кожистым, эластичным слоем. Этот слой получил название пелликулы, или перипласта. Он состоит из фибриллярного вещества и имеет сложную, многослойную организацию. Клетки с такой пелликулой обычно очень изменчивы по форме. Только толстая, похожая на панцирь пелликула может  
прочно её зафиксировать. На поверхности пелликулы иногда возникают складки, выросты в виде зубцов или утолщения, называемые чешуйками. Эти структуры в различных сочетаниях образуют самые причудливые узоры, придавая организму неповторимый облик. Но главная их функция – повышение прочности клеточного покрова.

Последующим развитием растительной клетки следует признать появление  
на её поверхности покрова в виде оболочки – сначала пектиновой, а затем  
и целлюлозной. Преимущество этого образования состоит в том, что оно удачно сочетает в себе защитную и опорную функции с возможностью ростовых процессов и проницаемостью.  
Клеточные оболочки водорослей весьма разнообразны как по своему строению, так и по химическому составу. Толщина оболочки варьируется не только от вида к виду, но и даже в пределах одного вида в зависимости от возраста клетки.  
По времени заложения и особенностям роста различают первичные и вторичные оболочки. В активно делящихся клетках обычно образуется только первичная оболочка. Её рост идёт в двух направлениях: увеличивается поверхность и толщина.  
Вторичная оболочка подвергается гидратации, становится эластичной и получает возможность растягиваться.  
Оболочки многих водорослей снабжаются разного рода выростами в виде щетинок, шипиков и чешуек. Их роль для клетки неоднозначна: в одних случаях они выполняют защитную функцию, а в других обеспечивают оптимальные условия жизни.