Водоросли

Водоросли

Систематика

Ульва

Научная классификация

Домен

Эукариоты

Царство

Растения

Подцарство

Низшие растения

Отдел

Водоросли

Международное научное название

Mentha piperita
Linnaeus

Систематика на Викивидах

Изображения на Викискладе

Водоросли (лат. Algae) — гетерогенная группа некоторых видов автотрофных организмов. Эта группа охватывает несколько различных групп относительно простых по структуре живых организмов, которые получают необходимую для жизнедеятельности энергию путем фотосинтеза, живут преимущественно в водной среде или приспособились к жизни в почве и других наземных мисцезростаннях. Водоросли традиционно рассматривались как низшие растения и действительно, некоторые из них (Зеленые водоросли) родственны высшим растениям. Однако другие представляют разные группы простейших, которые традиционно считались похожими на животных (например, Apicomplexa). Различные группы водорослей возникли в разное время от разных предковых форм (полифилетично) и развивались отдельно, но в результате конвергентной эволюции приобрели много сходных черт.

Наука о водорослях называется альгологией.

Общие сведения

Характеристика и классификация водорослей

Водоросли — полифилетичная группа организмов, которые объединены по следующим признакам: наличие фотосинтетических пигментов, определяющих их разнообразную окраску, и способность к оксигенному фотосинтезу. Кроме того, к водорослям добавляют некоторые бесцветные организмы, вторично утратившие фотосинтетические пигменты (теория эндосимбиоза) и, соответственно, способность к фототрофному питанию, однако имеют с водорослями близкое генетическое родство. Некоторые водоросли способны к гетеротрофии, как осмотрофно (поверхностью клетки), так и путем активного захвата пищи (некоторые эвгленовые, динофитовые). Размеры водорослей колеблются от микрона (большинство одноклеточных водорослей) до 40 м (Бурые водоросли). Таллом — вегетативное тело водорослей, может быть как одно-, так и многоклеточным. Среди многоклеточных есть и одноклеточные (например, спорофит бурых водорослей). Среди одноклеточных есть колониальные формы — определенное четное количество клеток, соединенных между собой через плазмодесмы или окруженных общей слизью.

Среди водорослей на сегодня описано более 60 тыс. Видов, вместе с тем ожидаемое многообразие по оценкам различных авторов находится в пределах 500 тыс. — 10 млн видов. Объединяют водоросли в разное количество видов. Но во всех системах один отдел — сине-зелёные водоросли (Цианобактерии) — относится к прокариотам, остальные — к эукариотам.

Цитология

Сине-зелёные водоросли

Цитологические признаки водорослей вполне типичными для других эукариот (наличие ядра, комплекса Гольджи, митохондрий). Вместе с тем они имеют специфические признаки, присущие только растительным (наличие клеточной оболочки, хлоропластов, вакуолей и др.) Или только животным организмам (двигательный аппарат, центриоли). Синезеленые водоросли по строению напоминают бактерии, вместе с которыми их относят к безъядерных (прокариотических) организмов.

К цитологическим признакам, являющимися систематическими признаками на уровне отделов, относятся следующие:

• признаки, отражающие родство таксонов за клеткой-хозяином (покровы, ядерный аппарат)
• система микротрубочковых органелл (жгутиковий апарат)
• митохондриальный аппарат.

Размножение

Размножение у водорослей происходит двумя путями: половым и бесполым. Соответственно, при бесполом размножении дочерние особи наследуют такой геном, какой и у родителей, за исключением мутационных процессов. При половом размножении дочерние геномы отличаются от родительских, потому что образованию нового поколения предшествует процесс кроссинговера.

Бесполое размножение водорослей условно можно разделить на два типа:

• споруляция (с помощью специализированных клеток (спор))
• вегетативное (частью таллома)

Споруляция

Размножение с помощью специализированных клеток — спор — проходит путем разделения протопласта клетки (спорангии) на части с последующим выходом продуктов деления из оболочки родительской клетки. Спорангии зачастую не отличаются от обычных вегетативных клеток, но иногда возникают как их выросты, выполняя лишь функцию образования спор. Споры бывают шаровидными, эллипсоидными, яйцевидными, тетраэдрическими, покрытыми клеточной оболочкой или без нее. Количество спор может колебаться от одной (Oedogonium) до нескольких сотен (в зеленых Chlorophyta и бурых Phaeophyta водорослях). Согласно способности к активному движению споры разделяют на подвижные с жгутиками (зооспоры), неподвижные с клеточными покровами (гемизооспоры), апланоспоры и автоспоры, и малоподвижные амебоидные, лишенные жгутиков (моноспоры, диспоры и тетраспоры). Сине-зеленые водоросли (Cyanophyta) имеют два типа спор: эндоспоры, которые образовались внутри спорангии результате дробления его содержания, и экзоспоры, возникающие как вырост протопласта на верхушке клеток.

Вегетативное размножение

Вегетативное размножение у одноклеточных водорослей происходит преимущественно путем деления клетки пополам. У многоклеточных и колониальных представителей вегетативное размножение чаще связано с фрагментацией талломов и колоний соответственно. Причиной распада талломов могут быть различные факторы, такие как: механические (действие волн, течений, выедание животными), отмирание части клеток или нарушение связи между ними (например, в Cyanophyta). Образованные таким путем фрагменты многоклеточных водорослей этой группы называются гормогониями.

Половое размножение

Половое размножение у водорослей напрямую связано с половым процессом, который состоит в слиянии двух клеток, в результате чего образуется зигота. Есть разные типы полового процесса. Например, в простейшем случае половой процесс заключается в слиянии двух подвижных клеток, не имеющих клеточной оболочки и называется гологамией. Половой процесс в форме слияния двух безджгутикових вегетативных клеток, имеющих клеточные оболочки, называют конъюгацией. Чаще всего половой процесс у водорослей заключается в слиянии специализированных клеток (гамет) и называется гаметогамией. В зависимости от размеров и строения гамет, различают три формы гаметогамии — изогамия (обе гаметы подвижны, одинакового размера и строения), гетерогамия (женская клетка больше мужскую, но похожа на нее по строению, обе подвижные) и оогамия (женская гамета неподвижна и значительно больше подвижной мужской гаметы).

Происхождение, филогения и эволюция

Согласно современной системой органического мира, водоросли являются в обоих надцарствах органического мира: Procaryota и Eucaryota. Вопрос о происхождении водорослей долгое время был дискуссионным, собственно, как и вопрос о происхождении эукариот. В наше время общепризнанной теорией является синтетическая гипотеза происхождения эукариот. Эта гипотеза объединяет представления о автогенетичном происхождении клетки (путем дарвиновской эволюции) и гипотезу о симбиогенезе (возникновение эукариотической клетки путем серии эндосимбиоза между различными организмами). Возникновение различных групп водорослей происходило, очевидно, разными путями, о чем свидетельствуют результаты молекулярно-генетических, морфологических и биохимических исследований.

Значение в природе

Водоросли играют важную роль в синтезе органического вещества на Земле. В комплексе организмов, осуществляющих круговорот веществ в природе (продуценты — консументы — редуценты), водоросли вместе с автотрофным бактериями и высшими растениями составляют звено продуцентов, за счет которых существуют все бесхлорофильные организмы планеты.

Водоросли выступают продуцентами также в наземных условиях, в частности чаще всего в таких, которые являются малопригодными для жизни высших растений. В таких биотопах они создают условия для существования бактерий, грибов и животных. Например, в водоемах водоросли являются основным источником питания беспозвоночных животных, которыми, в свою очередь, питаются позвоночные, в том числе и рыбы. Вполне очевидно, что производительность зарыбленного водоема зависит от производительности ее водорослевой составляющей. Участвуя в процессах круговорота веществ в природе, водоросли являются активными агентами самоочищения водоемов, а также первичных грунтоформирующих процессов и восстановления плодородия почв.

В геологической летописи нашей планеты водоросли также оставили отпечаток в виде строматолитов, диатомитов и известняков.

Экология

Планктонные водоросли

Обитающие в толще воды во взвешенном состоянии, для чего обычно имеют специальные морфологические приспособления. Распространенные повсеместно: от лужи до океана. Отсутствуют только в горячих термальных источниках и в чистых приледниковых водах, атакже в пещерных озерах и на большой глубине, где отсутствует достаточное количество солнечной энергии для фотосинтеза. Они являются основным, а в некоторых случаях — единственным продуцентом органического вещества, на основе которого в водоеме существует все живое.

Нейстонные водоросли

Плёнка, образованная золотистой водорослью Ochromonas

Обитают в поверхностной пленке воды и не является планктонными организмами. Некоторые нейстонные организмы находятся на поверхностной пленке, другие — под ней. В некоторых случаях нейстонные организмы развиваются в таких количествах, покрывающих воду сплошной пленкой и имеющих решающее значение в дальнейшей судьбе водоема.

Бентосные водоросли (фитобентос)

Развитие водорослей в конкретном мисцезростання обусловлен как абиотическими, так и биотическими факторами. Различные виды бентосных водорослей растут на разной глубине и в разных гидрохимических и гидрологических условиях на дне водоема в свободном или прикрепленном состоянии. Условно различают следующие экологические группы бентосных организмов: эпилиты (на твердом субстрате) и эпипелиты (на мягком субстрате), эпифиты (на поверхности растений), эндолиты (в известняковых отложениях), а также паразитические и симбиогенетические формы. В континентальных водоемах среди бентосных водорослей преобладают диатомовые, зеленые, сине-зеленые и желто-зеленые водоросли, тогда как основными жителями океанов и морей являются бурые и красные водоросли.

Перифитонные водоросли

Обитающих на поверхности различных субстратов, на границе жидкой и твердой фаз. В качестве субстратов для обрастания могут выступать другие водоросли, водные животные и растения и их остатки, а также искусственные и естественные твердые минеральные субстраты. Обычно могут иметь специальные органы для прикрепления, образование которых обусловлено как морфологически (разнообразные вырасти) и химически (слизь). Наряду с моллюсками создают определенные трудности при эксплуатации судов и гидротехнических сооружений.

Наземные водоросли и лишайники

Живут за водоемами. В течение почти всей жизни окружены воздухом, поэтому их еще называют аерофитнимы. Поселяются на стволах деревьев, кустов и кустиков, скалах и камнях. Имеют приспособления к выживанию в наземной среде, проживающих в симбиотических ассоциациях с микобиоты (лишайники).

Грунтовые

Живут как на поверхности почвы, образуя иногда разрастания в виде пленок, так и в глубине почвы, где встречаются на глубине 2-2,7 м. Лучше развиваются у поверхности на глубине 0,2-1,0 см. Прежде всего, это связано с такими необходимыми условиями, как влажность, аэрация и освещенность. Играют большую роль в грунтотвирних процессах.

Водоросли горячих вод

Вегетируют при температуре от +35 °C до +52 °C, в отдельных случаях +75 °C, +80 °C и до +84 °C, часто в условиях повышенной концентрации органических веществ и минеральных солей.

Водоросли солёных водоемов

Вегетируют как при слабой, так и повышенной концентрации солей в воде (иногда до 285—347 г / л). Некоторые из них (например, Dunaliella salina) используют для промышленного культивирования для получения каротиноидов .

Водоросли известняковых отложений

Живут как в водной среде, так и вне её. Могут разрушать (путем выделения органических кислот) и создавать (выделяя кальций) известняковые породы.

Сожительство с другими организмами

Поскольку водоросли являются широко распространенными организмами, они вступают в различные формы взаимоотношений с другими организмами. Кроме взаимодействий водорослей с растениями, грибами (лишайники) и, собственно, водорослями, они живут и на животных. Например, есть симбионты, проживающие в клетках других организмов, в частности, беспозвоночных. Так, зеленая водоросль рода Хлорелла (Chlorella) поселяется в вакуолях инфузории Paramecium bursaria. Интересные экологическое группировки составляют епизоиты, обитающие на ракообразных, коловратках и др. Паразитические водоросли, обитающие в кишечнике червей, нематод, амфибий, известны среди эвгленофитовых и динофитовых водорослей.

В жизни человека

Важно отметить их прямое и косвенное значение в медицине, технике, химической промышленности. Условно можно выделить следующие сферы применения водорослей:

Пищевая

Конфеты из комбу

Человек издавна использует водоросли в пищевой промышленности, а именно в сфере рыбного и сельского хозяйства. По океанических и морских побережьях морские водоросли употребляют в пищу почти повсеместно, но в Японии они являются национальным блюдом. В европейских странах водоросли широко используют как пищевую добавку. Самой популярной является так называемая морская капуста. Главным образом, это ламинария и близкие к ней виды бурых водорослей. Продукты, которые получают из этих водорослей, в Японии известны под названием «комбу». Чаще всего употребляют вместо обычной капусты в супах, с рыбными и мясными блюдами. Употребляют и в кондитерских изделиях.

Кроме морских водорослей, в пищу употребляют также пресноводные и наземные водоросли, такие как Nostoc pruniforme (носток сливовидные), Nostoc commune (носток обычный), Nostoc flagelliforme (носток войлочный).

Фармацевтическая

Из водорослей получают также агар-агар, агароид и альгинаты. Используют в качестве источника каротиноидов (Dunaliella salina) и в качестве источника пищевого йода (морские водоросли).

Техническая

Водоросли используют в космической технике, производстве биотоплива и в качестве агентов очистки сточных вод, модельных объектов для оценки состояния окружающей среды. Есть и другая сторона: это обрастания гидротехнических сооружений, забивания фильтров насосных станций и др. Рассматриваются как перспективные объекты культивации для очистки газов и получения биомассы (получение целлюлозы) и масла (получение биодизеля).

Научно-исследовательская

Водоросли благодаря особенностям жизненного цикла, клеточного строения, высокой производительности и удобства культивирования (большинства водорослей) достаточно удобными модельными объектами биологических исследований различных направлений — от узко специализированных (филогения водорослей, исследования цитологии и молекулярной биологии, исследования фотосинтеза) и до прикладных (например, для применения в технике).

Литература

• Водоросли. Справочник / Вассер С. П., Кондратьева Н. В., Масюк Н. П. и др. — К.: Научное знание, 1989
• Голлербах М. М., Штина Э. А. Почвенные водоросли. — Ленинград: Наука, 1969 (рос.)
• Водоросли. Лишайники, «Жизнь растений в 6 т.» Том 3. ред. А. А. Фёдорова, М.: Просвещение, 1977
• Костиков И. Ю., Джагана В. В. и др. Ботаника. Водоросли и грибы — М.: Аристей, 2006
• Топачевский А. В., Масюк Н. П. Пресноводные водоросли Украинской ССР , под ред. Макаревич М. Ф. , К.: Высшая школа, 1984