Водоросли: различия между версиями

Во́доросли (лат. Algae) — группа автотрофных, обычно водных, организмов; содержат хлорофилл и другие пигменты и вырабатывают органические вещества в процессе фотосинтеза.

• Наука о водорослях называется альгологией.

Водоросли — группа организмов различного происхождения, объединённых следующими признаками: наличие хлорофилла, фотоавтотрофное питание; у многоклеточных — отсутствие чёткой дифференцировки тела (называемого слоевищем, или талломом) на органы, отсутствие проводящей системы. Сюда относятся пять-шесть (в зависимости от классификации) отделов эукариот, многие из которых не связаны общим происхождением. Также к водорослям часто относят синезелёные водоросли, являющиеся прокариотами. Традиционно водоросли причисляются к растениям. В современной систематике есть тенденция к выделению их в отдельный таксон или даже несколько отдельных царств.

Некоторые водоросли способны к гетеротрофии (питанию готовой органикой), как осмотрофной или адсорбтивной (поверхностью клетки), так и путём заглатывания через клеточный рот (эвглены, динофитовые).

Размеры водорослей колеблются от долей микрона (кокколитофориды и некоторые диатомовые) до 40 м (макроцистис). Среди многоклеточных водорослей наряду с крупными есть микроскопические (например, спороносная стадия ламинариевых). Таллом бывает как одноклеточный, так и многоклет��чный. Среди одноклеточных есть колониальные формы, когда отдельные клетки тесно связаны между собой (соединены стенками или погружены в общую слизь, иногда соединены цитоплазматическими выростами).

У водорослей есть десять основных типов организации таллома. Для первых четырёх типов (одноклеточных) есть как одиночные, так и колониальные представители.

1. Монадный

Одноклеточный. Есть жгутик(и), часто стигма, у пресноводных сократительная вакуоль. Клетки активно подвижны в вегетативном состоянии. У высокоорганизованных форм с многоклеточным талломом часто есть монадные расселительные стадии — зооспоры и гаметы.

2. Пальмеллоидный

Аналогичен монадному, но клетки неподвижны в вегетативном (основном) состоянии. Присутствуют атрибуты монадного типа (стигма, сократительная вакуоль).

3. Коккоидный

Одноклеточный, без жгутиков, стигмы и сократительной вакуоли. Чаще всего имеется утолщённая клеточная стенка (например, у требуксиевых) или панцирь (у диатомовых). Некоторые коккоидные (пеннатные диатомеи, десмидиевые, синезелёные) способны к активному передвижению.

4. Амёбоидный, или ризоподиальный

Одноклеточный, без жгутиков и жёсткой клеточной стенки. Благодаря отсутствию стенки и особым внутриклеточным структурам клетка способна к движению псевдоподиями (некоторые золотистые или жёлтозелёные водоросли).

5. Нитчатый, или трихальный

Клетки соединены в нить, простую или разветвлённую. Рост нити чаще всего меристематический, то есть вставочный (делятся клетки внутри нити, а не только на конце).

6. Разнонитчатый, или гетеротрихальный

Есть две системы нитей: стелющиеся по субстрату и отходящие от них вертикальные. Стелющиеся выполняют в основном опорную функцию и функцию вегетативного размножения, вертикальные в основном ассимиляторную.

7. Ложнотканевый, или псевдопаренхиматозный

Усложнение нитчатой структуры, когда множество нитей, переплетаясь, образуют подобие трёхмерной ткани.

8. Тканевый, или паренхиматозный

Настоящая ткань, образуемая за счёт деления клеток уже не в одном, а в трёх взаимно перпендикулярных направлениях (частный случай — пластинчатый таллом толщиной в одну клетку).

9. Сифональный

Отсутствуют клеточные перегородки, в результате чего таллом, часто крупный и внешне дифференцированный, формально представляет собой одну клетку с большим количеством ядер.

10. Сифонокладальный

Таллом представлен многоядерными клетками, соединёнными в нитчатые или иной формы многоклеточные талломы (Siphonocladales).

Слоевище может быть корковидным, шнуровидным, шаровидным, пластинчатым, кустистым с «листьями», снабжёнными жилками (саргассум), и прочая, и прочая. 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.

Цветков и семян нет. Споры, как правило, лишены твёрдой оболочки. Часто отсутствует дифференциация клеток таллома на ткани; у самых примитивных водорослей (синезелёных) клетки лишены оформленных ядер и хлоропластов (хроматофоров). Есть водоросли неклеточного строения (сифоновые водоросли: некоторые охрофитовые, все бриопсидовые и дазикладовые).

Клетки водорослей — вполне типичные для эукариот. Очень похожи на клетки наземных растений (мхов, плаунов, папоротникообразных, покрытосеменных и цветковых). Основные отличия — на биохимическом уровне (различные фотосинтезирующие и маскирующие пигменты, запасающие вещества, основы клеточной стенки и т. д.) и в цитокинезе (процессе деления клетки).

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 прокариоты). Внутренняя мембрана выпячивается внутрь, образуя складки — тилакоиды, собранные в стопки — ламеллы: 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. Запасание липидов больше свойственно морским формам (особенно планктонным диатомовым, которые за счёт масла держатся на плаву со своим тяжёлым панцирем), а запасание полисахаридов (включая крахмал и гликоген) больше свойственно пресноводным.

Клетки водорослей (за исключением амёбоидного типа) покрыты клеточной стенкой и/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 из себя 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.

Мелкие свободноплавающие водоросли входят в состав планктона и, развиваясь в больших количествах, вызывают «цветение» (окрашивание) воды. Бентосные водоросли прикрепляются ко дну водоёма или к другим водорослям. Есть водоросли, внедряющиеся в раковины и известняк (сверлящие); встречаются (среди красных) и паразитические. Крупные морские водоросли, главным образом бурые, образуют нередко целые подводные леса. Большинство водорослей обитает от поверхности воды до глубины 20-40 м, единичные виды (из красных и бурых) при хорошей прозрачно��ти воды опускаются до 200 м. Водоросли нередко в большом количестве живут на поверхности и в верхних слоях почвы, одни из них усваивают атмосферный азот, другие приспособились к жизни на коре деревьев, заборах, стенах домов, скалах. Микроскопические водоросли вызывают красное или жёлтое «окрашивание» снега высоко в горах и в полярных районах. Некоторые водоросли вступают в симбиотические отношения с грибами (лишайники) и животными.

Размножение водорослей — вегетативное, бесполое и половое. Многие одноклеточные водоросли размножаются делением на две части. Крупные водоросли размножаются вегетативно — частями слоевища или при помощи специальных почек (сфацеляриевые). Некоторые многоклеточные водоросли не имеют полового размножения, у большинства же образуются споры и гаметы либо в обычных клетках (зелёные водоросли, часть красных), либо в особых образованиях — спорангиях и гаметангиях (бурые водоросли); споры и гаметы бывают неподвижными (красные, конъюгаты) или подвижными — со жгутиками. У водорослей наблюдаются все формы полового процесса: изогамия, гетерогамия, оогамия и конъюгация (слияние протопластов двух вегетативных клеток). Образующаяся в результате полового процесса зигота делится сразу или после периода покоя. Одновременно в ней может происходить мейоз. У примитивных водорослей одна и та же особь даёт гаметы или споры в зависимости от внешних условий. У других водорослей функции бесполого и полового размножения выполняют разные особи (спорофиты и гаметофиты); они могут произрастать одновременно в одинаковых условиях (фурцелярия); одновременно, но в разных местообитаниях (бангиевые); в одних и тех же местообитаниях, но в разные сезоны. У ряда водорослей происходит строгое чередование гаметофита и спорофита, которое принято называть «чередованием поколений». При этом у высших водорослей зигота или прорастает на гаметофите, на нём же вырастает и спорофит (ламинариевые), а гаметофит отмирает, или спора, не отделяясь от спорофита, прорастает в гаметофит, который развивается на спорофите (фукусовые).

Водоросли — крайне гетерогенная группировка организмов, четкое родство можно проследить для немногих групп (например отд. Ochrophyta и некоторых других). Насчитывается около 100 тысяч (а по некоторым данным до 100 тыс. видов только в составе диатомовых водорослей) видов водорослей. На основании различий в наборе пигментов, типе пигмент содержащего аппарата, особенностей морфологии и биохимии (состав клеточных оболочек, запасные вещества) различают 10 отделов (по некоторым оценкам до 27) водорослей:

• синезелёные (лат. Cyanophyta), (прокариоты)
• золотистые (Chrysophyta), (тут и далее эукариоты)
• пиррофитовые (Pyrrophyta),
• диатомовые (Bacillariophyta),
• разножгутиковые, или жёлтозелёные (Xanthophyta),
• эвгленовые (Euglenophyta),
• зелёные (Chlorophyta),
• харовые (Charophyta), (по современной систематике Харовые относятся к зеленым)
• бурые (Phaeophyta),
• красные (Rhodophyta).
• По современным данным золотистые, диатомовые, бурые, желто-зеленые, динофлагелляты и др. относятся к отделу Ochrophyta)

Все типы водорослей эволюционировали в основном независимо. Водоросли (по-видимому, зелёные) дали начало наземным растениям.

Водоросли — главные производители органических вещества 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. Водоросли участвуют в образовании лечебных грязей.

Некоторые, 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.

Съедобные водоросли — богатый минеральными веществами, особенно йодом, продукт — используются в восточноазатских кухнях. Одно из самых популярных блюд с водорослями — суши.

• агар-агар — используется как желирующее вещество
• вакаме
• морская капуста (ламинария)
• комбу
• нори
• порфира
• ульва
• хидзик

Многие водоросли — важный компонент процесса биологической очистки сточных вод.

Из водорослей получают: студне- и слизеобразующие вещества — агар-агар (анфельция, гелидиум), агароиды (филлофора, грацилярия), карраген (хондрус, гигартина, фурцелярия), альгинаты (ламинариевые и фукусовые), кормовую муку, содержащую микроэлементы и иод.

Из-за высокой скорости размножения водоросли нашли применение для получения биомассы на топливо.

Водоросли широко применяют в экспериментальных исследованиях для решения проблем фотосинтеза и выяснения роли ядра и других компонентов клетки.

Предпринимаются попытки использовать некоторые быстро размножающиеся и неприхотливые водоросли (например, хлореллу, которая быстро и в большом количестве синтезирует белки, жиры, углеводы, витамины и достаточно полно поглощает вещества, выделяемые человеком и животными) для создания круговорота веществ в обитаемых отсеках космического корабля.

• Информация о некоторых съедобных водорослях