Водоросли (лат. Algae ) — гетерогенная экологическая группа преимущественно фототрофных одноклеточных, колониальных или многоклеточных организмов, обитающих, как правило, в водной среде, в систематическом отношении представляющая собой совокупность многих отделов. Вступая в симбиоз с грибами, эти организмы в ходе эволюции образовали совершенно новые организмы — лишайники.
Наука о водорослях называется альгологией.
Содержание
Общие сведения
Водоросли — группа организмов различного происхождения, объединённых следующими признаками: наличие хлорофилла и фотоавтотрофного питания; у многоклеточных — отсутствие чёткой дифференцировки тела (называемого слоевищем, или талломом) на органы; отсутствие ярко выраженной проводящей системы; обитание в водной среде или во влажных условиях (в почве, сырых местах и т. п.).
К водорослям относят различное число (в зависимости от классификации) отделов эукариот, многие из которых не связаны общим происхождением. Также к водорослям часто относят сине-зелёные водоросли или цианобактерии, являющиеся прокариотами. Традиционно водоросли причисляются к растениям.
Цитология
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 прокариотной или, у гетероконтных водорослей, эукариотной клетки). Внутренняя мембрана выпячивается внутрь, образуя складки — тилакоиды, собранные в стопки — граны: монотилакоидные у красных и сине-зелёных, 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.
Морфологическая организация таллома
У водорослей выделяют несколько основных типов организации таллома:
У части сине-зелёных, 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.
Размножение и циклы развития
У водорослей встречается вегетативное, бесполое и половое размножение.
Вегетативное размножение может осуществляться как простым разделением многоклеточного организма (фрагменты нитей Spirogyra (спирогира) или колонии (Synura) на несколько частей, так и при помощи специализированных органов. Например, бурые водоросли из порядка сфацеляриевых имеют для этой цели специальные выводковые веточки, а водоросли из порядка харовых — клубеньки на ризоидах.
Бесполое размножение водорослей осуществляется при помощи подвижных зооспор или неподвижных апланоспор. При этом протопласт клетки-спорангия делится на части и продукты деления выходят из её оболочки. Особь, на которой формируются спорангии, называют спорофитом. Часто подвижные или неподвижные споры имеют специальные названия. Например, апланоспоры, приобретающие форму материнской клетки, находясь внутри неё, называются автоспорами, а если апланоспора одевается толстой оболочкой и впадает в состояние покоя, то это гипноспора; зооспоры, утратившие жгутики, но сохранившие сократительные вакуоли и глазок, будут называться гемизооспорами.
Экологические группы водорослей
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 прозрачности воды опускаются до 200 м. В 1984 г кораллиновая красная водоросль была найдена на глубине 268 м, что является рекордом для фотосинтезирующих организмов. 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.
Систематика
Водоросли — крайне гетерогенная группа организмов, насчитывающая около 100 тысяч (а по некоторым данным до 100 тыс. видов только в составе отдела диатомовых) видов. На основании различий в наборе пигментов, структуре хроматофора, особенностей морфологии и биохимии (состав клеточных оболочек, типы запасных питательных веществ) большинством отечественных систематиков выделяется 11 отделов водорослей [источник не указан 616 дней] :
Происхождение, родственные связи и эволюция
Роль в природе и жизни человека
Роль в биогеоценозах
Водоросли — главные производители органических веществ 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. Кстати, именно по диатомовым водорослям определяется возраст этих пород.
Пищевое применение
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 — богаты минеральными веществами, особенно йодом, продукт — используется в восточноазиатских кухнях. Одно из самых популярных блюд с водорослями — суши.
Водоочистка
Многие водоросли — важный компонент процесса биологической очистки сточных вод.
Бурное развитие нитчатых и планктонных водорослей (цветение воды) может создавать проблемы в работе очистных сооружений систем водоснабжения.
В фармацевтической промышленности
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.
Водоросли участвуют в образовании некоторых типов лечебных грязей.
Химическая промышленность
Биотопливо
Из-за высокой скорости размножения водоросли применяются для получения биомассы на топливо.
В науке
Водоросли широко применяют в экспериментальных исследованиях для решения проблем фотосинтеза и выяснения роли ядра и других компонентов клетки.
Биотестирование
Водоросли являются одним из наиболее широко применяемых биообъектов при биотестировании химических веществ и образцов природных и загрязнённых вод.
Водоросли: список разновидностей, их внешний вид, названия, характеристики сред, в которых они существуют
Водные растения делятся на высшие (Cormobionta) и низшие (Thallobionta). К последним относятся все виды водорослей. Они одни из древнейших представителей флоры. Их главная черта — споровое размножение, а особенность заключается в умении приспосабливаться к различным условиям. Существуют такие виды водорослей, которые способны жить в любой воде: солёной, пресной, грязной, чистой. Но для аквариумистов они становятся большой проблемой, особенно в случае их буйного роста.
Существуют такие виды водорослей, которые способны жить в любой воде: солёной, пресной, грязной, чистой.
Основная характеристика
В зависимости от разновидностей водорослей одни прикрепляются к подводным поверхностям, другие свободно живут в воде. Культуры могут содержать только зелёный пигмент, но бывают виды с различными пигментами. Они окрашивают водоросли в розовый, голубой, фиолетовый, красный и почти чёрный цвет.
Биологические процессы, происходящие в аквариуме, являются основанием для самостоятельного появления водорослей. Они заносятся при кормлении рыб живым кормом или вновь приобретёнными водными растениями.
Одни водоросли выглядят, как пушистый пучок, другие напоминают расстелившийся ковёр, третьи — слизистое покрытие. Бывают плоские, слоевищные, ветвящиеся, нитчатые культуры. В отличие от высших растений у них нет корней, стеблей и листьев. Их форма, строение и размеры разнообразные. Встречаются виды, которые можно увидеть только под микроскопом. В природной среде растения достигают нескольких метров в длину.
Классификация водорослей
У каждого вида свои требования к среде, в которой они растут – к температуре жидкости, к интенсивности и длительности освещения. Немаловажным фактором является химический состав воды.
Дисбаланс водорослей в аквариуме говорит о возникновении в нём неблагоприятных условий. Чрезмерное увеличение их в резервуаре ухудшает качество воды, что неблагоприятно сказывается на здоровье обитателей аквариума. Причиной водорослевой вспышки может быть:
Выявив, какой фактор является причиной появления культур, нужно его устранить или максимально минимизировать.
Водоросли делятся на 12 типов. Для аквариума чаще всего характерно наличие трёх основных видов культур.
Их присутствие предсказуемо там, где есть вода, свет и питательные вещества.
Зелёные группа
Эта самая распространённая и наиболее разнообразная по строению и форме группа растений, которая насчитывает около 7 тыс. видов. Они бывают неклеточной, одно- и многоклеточной формы. Водоросли образуют колонии на стекле или грунте.
Их особенность в том, что практически все культуры появляются в результате избыточного освещения. Они имеют зелёную окраску, несмотря на содержание в них кроме зелёного хлорофилла жёлтого пигмента. Водоросли окрашивают жидкость в зелёный или кирпично-зелёный цвет.
Есть морские и пресноводные виды. Названия водорослей, которые бывают в аквариуме:
Основная причина появления большинства видов зелёных водорослей — избыточное освещение, поэтому при восстановлении биологического баланса эта проблема может быстро исчезнуть.
Диатомовые (бурые) растения
Если жидкость в ёмкости приходится часто менять, потому что она быстро мутнеет, — в ней завелась бурая водоросль. Она не только портит интерьер аквариума, но и причиняет неудобства его жителям. Это одноклеточные микроскопические организмы, которые быстро размножаются и создают склизкий налёт на листьях аквариумных растений и стёклах резервуара. Живут они одиночно или колониями в виде ленты, нити, цепочки, плёнки, кустика.
На начальном этапе появления налёта в ёмкости он легко снимается, а в запущенных случаях становится многослойным, и избавиться от него бывает сложно. Животным аквариума бурые растения не причинят вреда, а для аквариумных растений они опасны. Налёт на культурах мешает фотосинтезировать, что приводит их к гибели.
Размножение диатомеи осуществляется с помощью деления. Клетки растения имеют твёрдую оболочку с кремнезёмным составом. Их размеры минимум 0,75 мкм, максимум 1500 мкм. Эту культуру легко отличить по панцирю в виде точек, камер, штрихов, рёбер, расположенных с геометрической правильностью.
Навикулы обитают практически везде, заводятся весной и осенью.
В природе около 25 тысяч разновидностей бурых культур. Чаще всего в ёмкости встречаются:
Развиваются бурые водоросли в тех резервуарах, где несвоевременно меняется вода или плохое освещение. На их распространение влияет густая заселённость аквариума, большое количество органики, засорённый фильтр.
Красные или «багрянки»
Красные водоросли, или багрянки, это малочисленный вид культур, в подавляющем большинстве многоклеточный, насчитывающий до 200 разновидностей. Все багрянки делятся на 2 класса, каждый из которых содержит по 6 порядков. Поселяются они на стеблях и концах листьев аквариумных растений, камнях, быстро растут и интенсивно размножаются.
Причиной появления этого вида растений является избыток органики в воде, неправильно установленное освещение или перенаселение в ёмкости. Эти культуры представляют опасность для его жителей, поэтому их необходимо своевременно уничтожать.
Багрянки в зависимости от сочетания пигментов меняют цвет от ярко-красного до голубовато-зелёного и жёлтого, а пресноводные обычно зелёные, голубые или буровато-чёрные. Особенностью растений является их сложный цикл развития. Как правило, эти культуры растут прикреплёнными к другим растениям, камням, резервуарам. Можно встретить колонии культур в виде слизистых налётов.
Красные водоросли, или багрянки, это малочисленный вид культур, в подавляющем большинстве многоклеточный, насчитывающий до 200 разновидностей.
Для аквариумистов катастрофой являются два вида:
Появление любого вида водорослей говорит о проблемах микроклимата в резервуаре. На борьбу с одними растениями уходят месяца, а от других быстро и легко можно избавиться.
Водоросли являются наиболее древней группой растений. Они прошли длительный эволюционный путь, приспосабливаясь к различным сменявшимся условиям на Земле.
Водоросли относятся к низшим растениям, так как не имеют тканей и органов. Тело водорослей называется талломом, или слоевищем. У некоторых водорослей есть ризоиды — нитевидные выросты, в основном предназначенные для прикрепления к субстрату. Могут выполнять функцию всасывания воды и минеральных веществ.
Обитая в водной среде, они поглощают питательные вещества всей поверхностью. Вода поглощает и рассеивает свет, поэтому по мере погружения освещенность падает. Волны красной части спектра практически не проникают на глубину свыше 12 м. А именно в этой области спектра «работает» хлорофилл. Поэтому для лучшего обеспечения фотосинтеза у многих групп водорослей появились дополнительные пигменты, поглощающие свет в синей области спектра. Для каждого отдела водорослей характерен свой набор пигментов, что отражается в их названиях.
отдел зеленые водоросли
Зеленые водоросли не имеют дополнительных пигментов, поэтому их окраску определяет хлорофилл. Именно эта группа водорослей дала начало высшим растениям. Они широко распространены в пресных и морских водах, встречаются также на суше в увлажненных местах: в почве, на коре деревьев, на камнях. Размеры их варьируют от нескольких микрометров до метров. Они представлены различными жизненными формами: одноклеточными, колониальными, нитчатыми и многоклеточными. Представителями одноклеточных водорослей являются хламидомонада и хлорелла.
СТРОЕНИЕ ХЛАМИДОМОНАДЫ
Хламидомонада представляет собой округлую клетку, вытянутую с переднего конца (рис. 1). На этом конце находится пара жгутиков, за счет которых она довольно быстро передвигается. Снаружи клетка покрыта клеточной стенкой. В центре клетки находится гаплоидное ядро (содержит одинарный набор хромосом — n). Единственная крупная пластида, называемая хроматофор, имеет чашевидную форму и располагается по периферии клетки, делая всю ее окрашенной. В клетке имеется обычный набор эукариотических органелл. Кроме того, на переднем конце располагается пара сократительных вакуолей, выводящих из клетки избыток воды.
В условиях неравномерного освещения хламидомонада всегда плывет на свет. Это явление называется положительным фототаксисом. Для его осуществления у хламидомонады есть специальный органоид, видимый как маленькая красная точка в основании жгутиков. Он называется стигма, или глазок.
РАЗМНОЖЕНИЕ И ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ХЛАМИДОМОНАДЫ
Жизненный цикл хламидомонады идет с чередованием гаплоидной и диплоидной форм (рис. 2). В благоприятных условиях хламидомонада быстро размножается бесполым путем. Достигнув определенных размеров, клетка отбрасывает жгуты и округляется. Происходит, в зависимости от вида, 1, 2 или 3 митотических деления ядра. Под оболочкой материнской клетки образуется 2, 4 или 8 мелких клеток, имеющих пару жгутиков. Оболочка материнской клетки разрывается, и мелкие клетки, называемые зооспорами, выходят в среду. Они растут и превращаются во взрослых хламидомонад.
Рис. 2. Жизненный цикл хламидомонады
В неблагоприятных условиях у хламидомонады начинается половой процесс. Внутри родительских клеток формируются подвижные гаметы, которые выходят в воду. Гаметы, происходящие из разных родительских клеток, соединяются попарно и образуют зиготу. Она покрывается плотной оболочкой и превращается в зигоцисту, способную переживать неблагоприятные условия. При наступлении благоприятных условий в зигоцисте происходит мейоз, и из нее выходят 4 зооспоры, вырастающие во взрослую хламидомонаду.
ХЛОРЕЛЛА
В отличие от хламидомонады, хлорелла не имеет жгутиков и удерживается в верхних слоях воды за счет низкой плотности. Выглядит она как зеленая муть в воде — вода «цветет» (рис. 3).
Размножается она только бесполым путем (рис. 4), а неблагоприятные условия переживает в форме цисты, в которые превращаются обычные клетки. Для хлореллы характерна высокая скорость фотосинтеза, она богата белками и липидами, благодаря чему ее выращивают на корм скоту и применяют для регенерации кислорода в космических аппаратах.
Представителями нитчатых зеленых водорослей являются улотрикс и спирогира.
УЛОТРИКС
Улотрикс растет в прикрепленном состоянии (рис. 5). Нижняя клетка нити, называемая прикрепительной (ризоидальной) клеткой, плотно врастает в поверхность какого-либо подводного предмета, образует толстую клеточную стенку, ее цитоплазма отмирает. Остальные клетки имеют одинаковое строение и способны к делению и фотосинтезу. За счет их деления водоросль растет в длину.
Улотрикс размножается половым и бесполым путем (рис. 6).
Бесполое размножение улотрикса осуществляется с помощью подвижных 4-жгутиковых зооспор. Они образуются путем митотического деления из клеток средней части нити. Прикрепившись к какой-нибудь поверхности, они сбрасывают жгуты и делятся митозом в плоскости, параллельной поверхности. Нижняя клетка превращается в прикрепительную, а верхняя продолжает делиться, образуя нить. Нити улотрикса могут размножаться фрагментацией.
В неблагоприятных условиях улотрикс размножается половым путем. В клетках нити формируются подвижные гаметы. Они, соединяясь попарно, образуют зиготу, которая превращается с зигоцисту, переживающую неблагоприятные условия. В благоприятных условиях в ней происходит мейоз, и образовавшиеся гаплоидные клетки дают начало новым нитям улотрикса.
СПИРОГИРА
Спирогира представляет собой длинные плавающие в толще воды нити, состоящие из крупных клеток (рис. 7). Центр клетки занимает крупная центральная вакуоль, цитоплазма находится в пристенном слое и пронизывает вакуоль отдельными тяжами. Особенность спирогиры: один или несколько лентовидных хроматофоров, закрученных в спираль, и гаплоидное ядро.
Нить растет за счет деления всех клеток.
При фрагментации нити каждый ее кусочек может дать начало новой нити. Так происходит вегетативное размножение спирогиры. Часто в водоемах спирогира образует густые сплетения, похожие на зеленую вату.
Половой процесс — конъюгация — у спирогиры происходит между обычными клетками двух разных нитей (рис. 8).
При сближении нитей между ними образуется конъюгационная трубка. Содержимое одной клетки, принадлежащей к «+»-нити, перетекает в другую, принадлежащую «–»-нити.
Происходит слияние клеток, а затем и ядер. Формируется диплоидная зигота, которая окружается плотной оболочкой — образуется зигоспора. Зигота делится мейозом, образуя 4 гаплоидные клетки.
В дальнейшем 3 из 4 клеток погибают. Оставшаяся прорастает в гаплоидную нить спирогиры.
СИФОНОВЫЕ ВОДОРОСЛИ
Одной из самых древних групп зеленых водорослей являются сифоновые водоросли. У них таллом образован, как правило, одной гигантской клеткой. В цитоплазме кроме одного или нескольких ядер содержится также один или несколько хлоропластов. Многочисленные хлоропласты обладают дисковидной или веретеновидной формой; когда хлоропласт один, он имеет сетчатое строение. Примерами таких водорослей являются каулерпа (рис. 9) и ацетабулярия (рис. 10).
АЦЕТАБУЛЯРИЯ
Нижняя часть одноклеточного слоевища (ризоид) находится в грунте. В ризоиде расположено ядро. Вверх растет ножка, достигающая в длину нескольких сантиметров. На ее конце формируется шляпка. Для размножения по периферии шляпки образуются споры, из которых вырастают новые растения.
отдел Бурые водоросли
С помощью дополнительных пигментов они могут осуществлять фотосинтез на глубине до 30 метров. Они встречаются только в морях и представляют собой крупные растения (до 30 метров в длину), состоящие из диплоидных клеток. Таллом образует ризоиды для прикрепления к субстрату (рис. 11). Многие из них растут в приливно-отливной зоне ( литорале) и во время отлива оказываются на суше. Для защиты от высыхания бурые водоросли образуют много слизистых веществ. Представителями бурых водорослей является фукус (рис. 12) и ламинария (рис. 13). Таллом фукуса содержит многочисленные пузырьки воздуха для увеличения плавучести.
Рис. 11 Рис. 12 Рис. 13
В жизненном цикле бурых водорослей наблюдается чередования гаплоидного гаметофита и диплоидного спорофита с преобладанием спорофита.
Размножаются бурые водоросли половым и бесполым путем. Диплоидные растения посредством мейоза образуют гаплоидные клетки. У одних (род фукус) они становятся гаметами, при слиянии которых образуется зигота, дающая начало новому растению. У большинства же продуктами мейоза являются споры, которые дают начало гаплоидной стадии (рис. 14).
Рис. 14. Жизненный цикл ламинарии
Гаплоидная стадия представляет собой мелкие нитевидные образования, которые недолго живут на дне моря. Они раздельнополы. На них формируются многоклеточные (!) половые органы, в которых образуются гаметы: яйцеклетки и сперматозоиды. Они, сливаясь, образуют зиготу, из которой вырастают крупные диплоидные растения.
Отдел красные водоросли (багрянки)
На глубинах более 30 метров света не хватает и для бурых водорослей. Там обитают красные водоросли, пигменты которых способны использовать синий свет. Основные пигменты: хлорофилл, каротиноиды (желто-оранжевые), фикобилины (красно-синие). Встречаются они и на более мелких участках дна, вплоть до границы воды и суши. В основном это морские растения средних размеров (десятки сантиметров в длину), но среди них есть и обитатели пресных вод, и одноклеточные представители. Представители: порфира (рис. 15) и филлофора (рис. 16).
В пресных водоемах (ручьях и болотах) распространен батрахоспермум ( «жабья икра») в виде разветвленных сине-зеленых кустиков, окутанных бесцветной студенистой слизью, придающей ему отдаленное сходство с икрой лягушек или жаб (рис. 17).
У красных водорослей в жизненном цикле одинаково представлены гаплоидная и диплоидная стадии, часто они образуют единый таллом. Полностью отсутствуют жгутиковые стадии жизненного цикла.
Многие виды красных водорослей употребляются в пищу, используются для получения агар-агара и медицинских препаратов.
Существуют такие виды водорослей, которые способны жить в любой воде: солёной, пресной, грязной, чистой.
Навикулы обитают практически везде, заводятся весной и осенью.
Красные водоросли, или багрянки, это малочисленный вид культур, в подавляющем большинстве многоклеточный, насчитывающий до 200 разновидностей.
