Многообразие водорослей, их роль и значение

«Многообразие водорослей, их роль и значение» 

Все растительные организмы, в зависимости от особенностей своего строения и жизнедеятельности принято  делить на две группы низшие и высшие растения.  

Основные отличия  низших растений от высших заключается в следующем: 

1.     их  тело не имеет органов, как  у высших растений - корень и  побег - и представлено талломом  или слоевищем (это связано  с тем, что водоросли поглощают  питательные вещества всей поверхностью  вегетативного тела); 

2.     отсутствует  дифференциация клеток на ткани; 

3.     органы  полового размножения в большинстве  случаев одноклеточны. 

К низшим растениям  относят группу отделов (12 отделов), объединяющих просто организованные растения, - водоросли. Водоросли составляют группу низших растений, которые обитают, в  большинстве своем в водной среде. Термин "водоросли" является не систематическим, а эколого-биологическим. Группа отделов  водоросли объединяет отделы, отличающиеся друг от друга по происхождению. 

Общая характеристика водорослей 

Происхождение водорослей. Водоросли являются древнейшими  представителями растений, возраст  ископаемых остатков которых составляет около 3.2 млрд. лет. За этот период эти  организмы прошли долгий и сложный  путь развития. Одни представители  сильно эволюционировали, другие, благодаря  консервативности водной среды, остались практически без изменений, поэтому  по своей организации водоросли  сильно различаются. 

Размножение водорослей. Размножение водорослей очень разнообразно. Существует 3 способа размножения  у водорослей: 

1.      Вегетативное  размножение - такой способ размножения,  при котором новые особи возникают  из части материнского организма  (деление клетки, распад колоний,  разрыв нитей и т.д.). 

2.      Бесполое  размножение - такой способ размножения,  при котором новые особи возникают  из специализированных гаплоидных  клеток - спор. Содержимое клетки  многократно делится и образуется  множество спор, каждая из которых  способна дать начало новому  растению. Споры бывают подвижными (имеют жгутики) и неподвижными. 

3.      Половое  размножение - такой способ размножения,  в котором принимают участие  два организма и новая особь  возникает из диплоидной клетки - зиготы. Зигота образуется в  результате слияния двух гаплоидных  клеток - гамет. Зигота покрывается  толстой оболочкой, накапливает  запасные питательные вещества  и способна переносить неблагоприятные  условия. 

Питание водорослей. Все вещества, необходимые для  питания (СО2 и минеральные вещества) и дыхания (О2) водоросли поглощают из воды. Среди водорослей большинство питаются автотрофно, но почти все (особенно низко организованные) способны переходить к миксотрофному (смешанному) питанию, а некоторые могут полностью переходить на гетеротрофное питание (эвглена). При этом их клетки могут совсем утрачивать хлоропласты, поглощая готовые органические вещества всей поверхностью клетки. Интересно, что при наступлении благоприятных для фотосинтеза условий водоросли восстанавливают хлоропласты и свою способность осуществлять фотосинтез. 

Типы вегетативного  тела водорослей. Среди водорослей есть микроскопически малые и  многометровые (до 60 метров) растения. Одноклеточные водоросли могут  иметь жгутики и с помощью  их передвигаться (хламидомонада), а  также быть неподвижными (хлорелла). Колониальные водоросли тоже могут  быть подвижными (вольвокс) и неподвижными (носток). Многоклеточные водоросли произошли от нитчатых форм, так как только нитчатые водоросли имеют признаки многоклеточного организма: 

1.     клетки  в нити соединены друг с  другом плазмодесмами; 

2.     наблюдается  дифференциация клеток по функциям; 

3.     нити  обладают неограниченным ростом. 

Многоклеточные водоросли  бывают нитчатые (спирогира, улотрикс, анабена), паренхиматозные (ламинария, фукус). 

Строение водорослевой клетки. Среди водорослей есть представители  прокариот (синезеленые, некоторые зеленые водоросли), мезокариот (динофитовые водоросли), но в основном водоросли являются эукариотами. Водорослевые клетки могут быть одноядерными и многоядерными, при этом содержать до нескольких десятков ядер. 

Покровы водорослевой клетки могут быть представлены пектиновой (хламидомонада) или целлюлозной  оболочкой (хлорелла). Некоторые водоросли  не имеют дополнительных покровов и их клетка покрыта одной плазмалеммой, другие пропитывают свои оболочки известью, солями железа, кремнеземом или образуют вокруг клетки кремнеземные панцири и домики. Наиболее прогрессивными в эволюционном плане являются целлюлозные оболочки, так как они позволили некоторым представителям зеленых водорослей дать начало предкам высших растений. 

В клетках водорослей содержатся пластиды - хлоропласты  или хроматофоры. Термин хромотофор в научном смысле устарел. Несмотря на то, что пластиды водорослей окрашены самым разнообразным образом, в современной научной терминологии их принято называть хлоропластами, поскольку функционально они сходны с пластидами высших растений. Фотосинтез в пластидах как высших, так и низших растений протекает по так называемому растительному типу (в отличие от бактериального фотосинтеза, характерного для фотобактерий). Хлоропласты могут иметь самую разнообразную форму и размеры - чашевидный, лентовидный, пластинчатый, спиралевидный, звездчатый и т.д. Число хлоропластов также может варьировать от одного до нескольких. У большинства водорослей в клетке один крупный хлоропласт. Эволюция хлоропластов шла по пути уменьшения их размеров и увеличения их числа, поэтому у высших растений в клетке множество мелких дисковидных хлоропластов. Окраска хлоропластов зависит от набора пигментов и может быть зеленой, желтой, бурой, сине-зеленой, красной, черной и т.д. Среди пигментов, содержащихся в хлоропластах, можно выделить основные пигменты фотосинтеза - хлорофиллы (зеленые); вспомогательные пигменты фотосинтеза - каротиноиды (желтые, красные, коричневые); а также дополнительные пигменты, характерные только для водорослей – фикобилины (синие, красные). В различном сочетании эти пигменты и дают разнообразие окраски водорослей. 

Значение водорослей в природе 

· Историческое значение. Первыми фотосинтезирующими организмами  на нашей планете были синезеленые водоросли. Именно эти организмы создали кислородную атмосферу и озоновый экран, благодаря этому стало возможным дальнейшее развитие всего живого на Земле. Ископаемые остатки водорослей обнаружены в архейских породах Южной Африки и имеют возраст 3.2 млрд. лет. 

· Поддержание кислородного баланса атмосферы. В настоящее  время водоросли, выделяя в процессе фотосинтеза огромное количество кислорода, обогащают им атмосферу Земли. Достаточно напомнить, что вода покрывает 2/3 поверхности планеты и в верхнем слое содержит растительный планктон. Эти планктонные водоросли выделяют в атмосферу основное количество кислорода и поэтому их называют «легкими планеты». Содержание О2 в самом верхнем слое воды может быть в 2-3 раза выше, чем в воздухе. 

· Мощный геологический  фактор. Водоросли принимают участие  в образовании известняковых  пород (древние синезеленые водоросли), коралловых рифов (красные водоросли), меловых пород (золотистые водоросли). 

· Водоросли являются первым звеном в цепи питания мелких водных животных (циклопов, дафний и  др. беспозвоночных), а также рыб (толстолобик, амур). 

· Водорослевые заросли  играют важную роль в создании особых водных биоценозов. 

· Почвенные водоросли  повышают плодородие почв, благодаря  своей способности к азотфиксации. Водоросли способны обеспечить до 15% потребности высших растений в азоте. 

Значение водорослей в промышленности и хозяйственной  деятельности человека 

· Чрезмерное развитие водорослей, так называемое «цветение» воды, вызывает нежелательное последствие  и наносит ущерб. Развиваясь в  огромной массе, водоросли засоряют и приводят в негодность различные  подводные сооружения. «Цветение» воды придает ей неприятный вкус и запах, делает ее непригодной для использования  в питьевых и хозяйственных целях. Продукты жизнедеятельности водорослей, накапливаясь в больших количествах, приводят к гибели водных беспозвоночных и рыб. 

· Морские водоросли  служат удобрением, идут на корм скоту. 

· Некоторые водоросли  используются в пищу человеком (хлорелла, спирулина, носток, ламинария). Например, одноклеточная водоросль хлорелла отличается высокой скоростью роста и размножения. По питательности и содержанию белка она превосходит пшеницу и может быть использована в пищу, для получения витаминов и биологически-активных веществ. 

· В фармацевтической промышленности водоросли служат источником йода и  ß - каротина. Из морских водорослей добывают студенистые вещества: агар-агар (из красных водорослей) и альгинат (из бурых водорослей). Эти вещества не имеют цвета, вкуса и запаха. Используются в микробиологической промышленности для выращивания микроорганизмов, при консервировании продуктов и производстве нежирных кремов (пищевых и косметических), а также в качестве наполнителей при изготовлении красок, пива, мороженого, таблеток, капсул, фотоимульсий и искусственного волокна. 

· Ископаемые диатомовые водоросли служат абразивным материалом и используются при изготовлении зубных паст, при шлифовке линз. 
 

Многообразие водорослей 

Водоросли встречаются  почти повсюду, куда проникает достаточное  количество света. 

1.      Водные  местообитания 

Водоросли населяют пресные водоемы - реки, озера, пруды, болота, а также небольшие временные  водоемы - лужицы, канавы и т.д. В морях и океанах обитают морские водоросли, многие из которых достигают крупных размеров. У морских побережий самая богатая растительность встречается в прибрежной зоне, особенно на том уровне, который обнажается при отливе. В других соленых водоемах (соленых озерах), где соленость воды очень высока, обитают водоросли, приспособившиеся к таким условиям жизни. Некоторые водоросли все время остаются взвешенными в верхних слоях воды и вместе с мелкими животными образуют планктон. Другие водоросли живут в придонном иле или прикрепляются к подводным предметам (камням, сваям и т.д.), эти водоросли образуют бентос. 

В горячих источниках с температурой воды до + 85°С обитают некоторые виды синезеленых водорослей, способных существовать при такой температуре. 

2.      Вневодные  местообитания 

Почвенные водоросли  обильно развиваются в верхних  слоях почвы (даже в пустынях). Они  активно участвуют в процессах  почвообразования, благодаря способности  фиксировать атмосферный азот. Водоросли  развиваются в виде зеленых налетов  на коре деревьев, заборах, водостоках. Водоросли снега и льда - основные растения Антарктиды, развиваясь в  массе они способны окрашивать снег в зеленый и красный цвета.  

    

Обитатели морей  и океанов, в основном, многоклеточные формы крупных, иногда гигантских размеров. Заросли морских водорослей образуют своеобразные подводные леса и луга. Среди водорослей встречаются как  прикрепленные формы, так и свободноплавающие. Прикрепление к грунту осуществляется при помощи ризоидов, особых присосок или подошв. 

Своеобразие красных  и бурых морских водорослей состоит  в содержании особых пигментов, это  и определяет окраску. Толща воды поглощает оранжево-красные лучи, пропуская сине-зеленые, которые  могут быть использованы только с  помощью красно-бурых пигментов. Поэтому ближе к поверхности  обычно обитают водоросли, имеющие  чисто зеленую окраску, а на глубине (до 200 м) они сменяются красными и  бурыми. 

    

Характеристика синезеленых водорослей 

Синезеленые водоросли широко распространены во всех средах жизни и способны существовать практически в любых условиях: при температуре - 83°С в Антарктиде и +85°С в горячих источниках. Такая устойчивость клеток синезеленых водорослей к неблагоприятным факторам среды обусловлена следующими особенностями строение клеток синезеленых водорослей: 

1.     Синезеленые водоросли относятся к прокариотам. 

2.     В  клетках имеется около 30 пигментов,  это способствует осуществлению  процесса фотосинтеза в экстремальных  условиях. 

3.     Клетки  имеют толстые многослойные стенки, часто одетые слизистым чехлом, который выполняет защитную функцию. 

4.     В  клетках синезеленых водорослей часто встречаются газовые вакуоли, наполненные смесью газов, это позволяет всегда находиться в лучших для фотосинтеза условиях, меняя свое положение в толще воды. 

5.     Многие  виды синезеленых водорослей могут фиксировать атмосферный азот, благодаря этому обладают пищевой независимостью. Это позволяет им заселить необитаемые (без почвы) скалы. Синезеленые водоросли первыми осваивают безжизненные местообитания - лавовые потоки, вулканические острова. 

Представителями синезеленых водорослей являются: глеокапса, анабена, носток, спирулина, микроцистис, мерисмопедия  и др. 

    

Разнообразие видов  красных водорослей 

В большинстве случаев  красные водоросли, или как их еще называют, багрянки, - обитатели  моря. Они прикрепляются к различным  субстратам (камням, раковинам, талломам других водорослей) и составляют вместе с бурыми водорослями самую большую  группу растений морского бентоса. Многие багрянки живут на больших глубинах. Глубоководные формы отличаются особенно яркой красной или малиновой  окраской. 

По внешнему строению красные водоросли отличаются большим  разнообразием. Это нитевидные, шнуровидные, пластинчатые, корковидные, кустистые  и др. формы. Большинство имеют  размеры от нескольких сантиметров  до 1 м и более.