Многообразие водорослей. 
Естествознание

Термин «водоросли» применяется к обширной группе первичноводных талломных растений, которые, по мнению учепых-альгологов, не связаны друг с другом близким родством. Это очень древняя форма организмов. Полагают, что они возникли около 1,5 млрд лет назад. Существует мнение, что многие группы произошли самостоятельно и независимо друг от друга от различных предковых форм прокариот. Именно потому водоросли так не схожи между собой. В современной классификации для разделения водорослей на отделы используются признаки формы и пигментации таллома, способы размножения, биохимические особенности. И все равно, биологи не сходятся во мнении о количестве отделов водорослей. Разные авторы выделяют от 8 до 12 отделов. Причем некоторые из отделов водорослей зоологи считают животными.

Отдел нирофитовыс водоросли. Эти одноклеточные водоросли обитают во всех типах водоемов. Клетка имеет билатеральную симметрию, т. е. у нее определяется спинная и брюшная стороны, активно передвигается с помощью жгутиков. Вследствие этого нирофитовыс водоросли (или динофлагелляты) зоологи считают простейшими животными. Однако эти организмы содержат хлоропласты и крахмал как запасное вещество. Цвет определяется соотношением хлорофилла и каротиноидов и бывает от оливкового до бурого.

Отдел диатомовые водоросли. Группа одноклеточных или колониальных водорослей, мало похожих на растения (рис. 9.4). Их клетки не имеют целлюлозной оболочки, но покрыты панцирем, состоящим из двух половинок, как коробочка с крышкой. На поверхности панциря множество выростов, шипов, рогов. Состоит он на 50% из кремнезема, пронизан порами, через которые осуществляется связь живой клетки с окружающей средой. Типичным представителем диатомовых является пиннулярия (Pinnularia). Диатомовые водоросли имеют желто-бурый цвет. В процессе жизнедеятельности в клетках водоросли накапливают жирное масло. Именно его запах обуславливает запах рыбьего жира. Диатомеи очень быстро размножаются, в благоприятных условиях делятся до 8 раз в сутки. Они составляют кормовую базу для мелких ракообразных, мелких рыб, а те в свою очередь — для более крупных животных. Таким образом, диатомовые водоросли находятся в основании пищевой цепи морей и океанов. Кремневые панцири отмерших водорослей, накапливаясь на дне, образуют диатомовые илы, а затем пористые осадочные породы — диатомиты.

Рис. 9.4. Диатомовые водоросли.

Отдел эвгленовые водоросли. Это одноклеточные, подвижные благодаря жгутикам, водоросли. Населяют, в основном, пресные водоемы, богатые органикой. Характерный представитель отдела — эвглена зеленая (род Euglena), содержит хлорофилл, но может сто утратить и перейти на питание готовыми органическими веществами. В процессе синтеза запасного питательного вещества у эвглены образуется не крахмал, а особый углевод — парамилои, похожий на животный гликоген. Эта группа организмов объединяет в себе признаки как растений, так и животных.

Отдел харовые водоросли. В этот отдел входят водоросли очень своеобразного строения (род Chara, рис. 9.5). Внешне они похожи на хвощи, высота таллома 20—30 см, но могут вырастать и до 1 м. Междоузлия у таллома образованы всего лишь одной гигантской многоядерной клеткой. Растения имеют чистый зеленый цвет, прикрепляются ко дну ризоидами, что создает дополнительное сходство с высшими растениями. Харовые водоросли обычно растут и образуют густые заросли в пресноводных чистых водоемах, предпочитают жесткую воду.

Рис. 95. Хара.

Отдел зеленые водоросли. Представители этого отдела чрезвычайно разнообразны морфологически (рис. 9.6), но схожи тем, что их клетки подобны клеткам высших растений — имеют выраженный зеленый цвет благодаря хлорофиллу а и в, покрыты целлюлозно-пектиновой оболочкой, внутри располагается большая вакуоль с клеточным соком. Этот наиболее крупный отдел среди водорослей насчитывает от 13 до 20 тыс. видов, образующих несколько классов. Большая часть зеленых водорослей живет в пресных водоемах, но есть морские и наземные представители.

Примером одноклеточных подвижных зеленых водорослей может служить хламидомонада (Chlamydomonas, рис. 9.6, 1). Представители этого рода живут в пресных мелких и загрязненных водоемах и, быстро размножаясь, вызывают позеленение воды. Клетка хламидомонады имеет овальную форму, на переднем конце находятся два жгутика, крупный чашевидный хроматофор занимает почти весь объем клетки, в нем расположен пиреноид. В полости, образуемой хроматофором, находится ядро, светочувствительный глазок. При пересыхании канав, луж, где обитают эти водоросли, клетки ослизняются, теряют жгутики и переходят к размножению. После увлажнения клетки вновь переходят к подвижному образу жизни.

Другим представителем одноклеточных зеленых водорослей является хлорелла (ChloreUa, рис. 9.6,2), которая обитает не только в водоемах, но и в почве, на коре деревьев. Ее шаровидные клетки схожи по строению с хламидомонадой, но не имеют жгутиков и глазков. Хлорелла очень быстро размножается делением, синтезирует большое количество органики и интенсивно выделяет кислород. Эти свойства используются — хлореллу искусственно выращивают для получения кормов для животных, применяют в установках для регенерации воздуха в замкнутых пространствах, например на космических станциях, подводных лодках, разводят для биологической очистки сточных вод.

Многие зеленые водоросли образуют колонии. Наиболее распространен вольвокс (Volvox) — водоросль, образующая шаровидную колонию диаметром 2—3 мм (рис. 9.6, 4). Поверхность шара образована одним слоем множества (до 50 тыс.) двужгутиковых клеток, соединенных цитоплазматическими тяжами. При согласованной работе жгутиков колония вращается и плывет в воде. Размножается вольвокс вегетативно, образуя новые дочерни колонии из клеток наружного слоя, погрузившихся внутрь и многократно поделившихся. Половое размножение происходит путем оогамии: между вегетативными клетками колонии в одноклеточных гаметангиях образуются яйцеклетки и сперматозоиды. Перемещаясь в воде, сперматозоиды проникают в оогонии, и происходит оплодотворение, образуется диплоидная зигота, которая называется ооспорой. Весной ооспора редукционно делится и из образовавшихся клеток формируется новая колония.

Спирогира (Spirogyra) — нитчатая зеленая водоросль пресных вод (рис. 9.6, 3)> плавающая на поверхности, образует, так называемую, тину. В клетках спирогиры хроматофор часто имеет вид ленты, закрученной спиралью. Половой процесс — конъюгация. Специальных половых клеток не возникает, сливаются две клетки расположенных рядом нитей. Образовавшаяся зигота после периода покоя редукционно делится и дает начало новой особи. Спирогира, так же как вольвокс и другие зеленые водоросли, проходит жизненный цикл в гаплоидной фазе, диплоидна только зигота. Вегетативное размножение происходит путем фрагментации, разрыва нитей на части.

Рис. 9.6. Зеленые водоросли:

• 1 — хламидомонада, 2 — хлорелла; 3 — спирогира; 4 — вольвокс;
• 5 — улотрикс; 6 — кодиум; 7 — ульва

Отдел бурые водоросли. Все бурые водоросли — исключительно многоклеточные организмы и морские обитатели. Таллом может достигать несколько десятков метров, внешнее его строение различно — от разветвленных нитей до листовидных и кустовидных форм. Для поддержания крупного слоевища в плавучем состоянии на «ветках» имеются воздушные пузыри. Бурые водоросли — донные растения, прикрепляются к субстрату ризоидами. Буро-желтый цвет обусловлен пигментами ксантофиллами, особенно фукоксантином, дополнительным к хлорофиллам а и с. Питательные вещества запасаются в виде полисахарида ламинарина, капель жира. У бурых водорослей намечается дифференцировка слоевища на ткани — появляются элементы проводящих, ассимиляционных, запасающих и механических тканей. Это давало основания считать эти водоросли предками наземных растений.

Размножение бурых водорослей вегетативное — частями таллома, бесполое — с помощью гаплоидных спор, половое всех видов: изогамное, гетерогампое, оогампое. У большинства бурых водорослей наблюдается смена поколений.

Самым известным представителем бурых водорослей является ламинария (Laminaria) — морская капуста (рис. 9.7, а). Она имеет крупное пластинчатое лентовидное слоевище, которое вырастает за один летний сезон. Это слоевище — бесполое поколение — спорофит, на котором в одноклеточных зооспорангиях образуются подвижные споры. Из них прорастают микроскопические разнополые гаметофиты, несущие половые органы. После развития яйцеклеток и сперматозоидов происходит оплодотворение в воде, и из образовавшейся зиготы сразу развивается новая водоросль. Таким образом, у ламинарии представлена гетероморфная смена поколений.

Ламинария широко используется как пищевое растение, как источник множества полезных веществ. На азиатском побережье Тихого океана в Японии, Китае, Корее ламинарию разводят искусственно на морских «огородах», «засевая» прибрежные участки молодыми слоевищами.

Кроме ламинарии, широко распространен фукус (рис. 9.7, 6). Его можно видеть во время отлива на каменистой литорали практически всех морей.

Знаменитый саргассум, в отличие от всех бентосных бурых водорослей, плавает на поверхности воды за счет многочисленных пузырьков-поплавков, похожих на гроздья ягод винограда (рис. 9.7, в).

Рис. 9.7. Бурые водоросли:

а — ламинария; 6 — фукус; в — саргассум Кроме отделов, описанных выше, существуют еще золотистые и желто-зеленые водоросли. Некоторые ученые-альгологи считают их близкими к бурым водорослям и рассматривают как классы в пределах одного большого типа Chromophyta.

Раньше среди водорослей указывали также и группу одноклеточных сине-зеленых. На основании изучения строения их клеток было выяснено, что эти организмы относятся к прокариотам. Под названием цианобактерии их объединили е настоящими бактериями в одно царство — Дробянки.

Отдел красные водоросли. Представители этого отдела — самые своеобразные талломные растения. Эта группа, как и бурые водоросли, в основном обитает в морях. Красные водоросли — донные растения, многие прикрепляются к камням и раковинам ризоидами. Талломы бывают и микроскопическими одноклеточными и довольно крупными, разнообразной формы — от нитчатой до разветвленной кустистой. Иногда они представляют собой окрашенные корки на подводных камнях, схожие с накипными лишайникам на суше. У некоторых красных водорослей слоевища пропитываются карбонатными солями кальция, становятся жесткими, похожими на кораллы. Часто эти водоросли живут на большой глубине, до 200—250 м, где нет других водорослей из-за очень слабой освещенности. Глубоководные формы имеют таллом ярко-красного цвета, благодаря красно-бурым пигментам-каротиноидам, фикоэритрину и синему фикоцианину. Запасными синтезируемыми продуктами являются масло и особый углевод — багрянковый крахмал, он близок по строению к животному гликогену. Оболочки клеток сверху целлюлозного слоя имеют толстый слой пектинов, из которых получают агар-агар.

Размножение у красных водорослей вегетативное, бесполое — безжгутиковыми спорами. Половой процесс багрянок сложен и отличается от полового размножения других групп водорослей. Мужские гаметы лишены жгутиков, пассивно переносятся токами воды к особому женскому гаметангию — карпогону, где происходит оплодотворение. Жизненный цикл красных водорослей сложен и необычен. Характерно, что в жизненном цикле полностью отсутствуют подвижные стадии, споры и гаметы всегда лишены жгутиков.

Древность этой группы водорослей, целый ряд существенных отличий в строении, биохимии, наборе пигментов, способе размножения и жизненного цикла дали основание выделить эту группу в таксон более высокого уровня — в подцарство Багрянки. В связи с этим изменилась и система царства. Царство растения делят на три подцарства: Водоросли, Багрянки и Высшие растения.