На наибольших глубинах способны жить водоросли. Красные водоросли. Профилактика и уничтожение водорослей
Вся поверхность океана - зеленое царство планктона. У морских берегов умеренного пояса скалы и камни обрастают различными одноклеточными водорослями и длинными зелеными нитями - нитчатками. Чуть подальше волнуются великолепные густые заросли. Курчавится обильной зеленью ульва-салат, иногда фиолетового с переливами цвета. С ним переплетаются чьи-то яркие карминовые ветки.
Вот из глубины тянутся длиннейшей и удивительно крепкой бечевой стебли ламинарий. Нижним концом, расширенным в виде многочисленных присосок, они стоят как на якоре, прикрепившись ко дну, скалам, камням, раковинам. Гибкие стебли в 1 сантиметр толщиной выносят к поверхности листья - пластины в 1,5 и более метра длиной. У основания листа большие вздутия, наполненные воздухом. При помощи этих плавательных пузырей водоросль держится на воде. Со дна поднимается странное растение - один лист! Листовая пластинка в 2-4 метра длиной, на черешке примерно такой же длины, зацепившемся присоском за дно моря. Ни стебля, ни корня. Это тоже ламинария, но другого вида - ламинария сахарная. А вот еще одна ламинария: на тонком черешке веером поднимается к свету пальчаторассеченная пластинка оригинального оливкового оттенка.
В подводном лесу формы растительности своей необычайностью заставляют забыть, что все они - водоросли. Нет у них листьев, стеблей и корней. А кажется, что перед нами растения со всеми этими органами.
В самом деле, разве не пальмы эти деревья в три метра высотой и стволом около десяти сантиметров толщиной? У них раскидистая крона, каждая ветка с одним длинным узким листом - целый лес из пальм под морской волной. И все-таки опять это лес из древовидных водорослей - лессоний, - только по внешнему виду напоминающий пальмовый.
Ламинарии относятся к бурым водорослям, имеющим пигменты, кроме зеленого - хлорофилла, и другие - бурые. Ламинарии замечательны тем, что у них происходит ежегодный листопад: сменяются листовые пластины, а черешки и стебли многолетние. В наших северных морях листопад в подводном ламинариевом лесу начинается во второй половине ноября.
В южных морях богатства подводных лесов напоминают наземные леса тропических областей. И первое место в них принадлежит ламинарии под названием макроцистис. По длине она превосходит самые высокие деревья на Земле. Поднимаясь до дна моря под острым углом, ее ствол разрастается до 300 метров в длину. Голый в нижней части, он несет множество узких листьев, каждый с одним наполненным воздухом пузырем у основания. И вся листовидная часть плавает в воде, добираясь до поверхности ее, где образует густые плавучие заросли и даже чащи. Эта водоросль так прочно держится за дно своими ризоидами - разветвлениями в виде корней нижней части ствола, - что не боится самых сильных бурь Западного океана, а им «не может противостоять никакая скала, - пишет Ч. Дарвин, - как бы крепка она ни была».
Каждая такая водоросль дает приют множеству живых существ. На ее пластинах кораллы возводят свои изящные постройки. С ними конкурируют всевозможные моллюски, которые также претендуют на уютное местечко в зарослях ламинарий.
«Бесчисленные ракообразные сидят на всех частях растения. Если встряхнуть корни, - продолжает Ч. Дарвин, - из них посыплется целая куча мелкой рыбешки, моллюски, каракатица, всякого рода раки, морские ежи, морская звезда, прекрасные голотурии, планарии и ползающие нереиды огромного множества форм».
Дарвин говорит, что для этих обширных подводных лесов он находит возможным лишь одно сравнение: с лесами тропических областей. «И все-таки если бы в какой-нибудь стране уничтожить лес, то не думаю, - заключает он, - чтобы при этом погибло хотя бы приблизительно такое количество видов животных, как с уничтожением этой водоросли».
Подводные леса из ламинарий спасли не одно морское судно от крушения, образуя естественные плавучие волнорезы или хорошие подушки у скал и рифов. Из крупных ламинариевых водорослей состоят подводные леса по побережью Северной Америки, у южной оконечности Америки, у нас - по побережью Камчатки.
Среди ламинариевых лесов встречаются и более низкорослые, до 1 метра в вышину, но очень густые. У нас на севере они занимают береговую зону, свободную от воды во время отлива. А уже глубже начинаются более высокие леса, не обнажаемые при отливе.
Низкорослые леса обычно образует бурая водоросль - фукус. От короткого черешка, прикрепившегося к камням, идет темно-бурая плоская лента, вильчато разветвленная. По середине ленты Тянется продольная жилка. Много шнуровидных бурых водорослей, но есть и кустистые формы. Они встречаются обычно вперемежку с фукусом и другими ламинариями.
В Атлантическом океане, на восток от Антильских островов, огромное пространство, известное под названием Саргассова моря, занято плавучими бурыми водорослями. По внешнему виду можно принять эти водоросли за высшие растения. Цилиндрический разветвленный стебель. На нем сидят узкие листья со средней жилкой. Ветви сильно укорочены и живо напоминают соцветия. Часть веточек совсем короткие, наверху раздутые в шарики - пузыри с воздухом, очень похожи на ягоды. Один из видов саргасса назвали морским виноградом, или плывучкой ягодоносной.
Но это растения западных берегов Африки и восточных американских. Морскими течениями их отрывает от коренных мест произрастания и несет в более спокойный участок океана. От Западной Индии к Северному Ледовитому океану движется течение Гольфстрим, а от Африки к Америке, поперек Атлантического океана, направляется экваториальное течение.
Саргассово море лежит примерно между островами Азорскими, Канарскими и Зеленого Мыса (20°-40° северной широты и 70°-30° восточной долготы). О нем знали уже древние мореплаватели. За Геркулесовыми Столбами (так называли Гибралтарский пролив) находится, говорили финикияне, студенистое море, где вязнут корабли.
Действительно, эти плавучие леса - серьезное препятствие на пути кораблей. Когда-то они послужили причиной бунта матросов против Колумба, когда его суда попали в заросли морского винограда. Масса водорослей казалась такой плотной, что матросов охватил ужас: как же продираться через такую чащу дальше? Им грозит гибель, и они требовали возвращения. Плотность саргассовых скоплений так велика, что издали они похожи на острова, на мели.
В Саргассовом море глубина едва превышает 2 километра и лишь местами доходит до 5-6 километров. В массе размножающиеся водоросли плавают в нем у поверхности.
В Атлантическом океане известно еще одно, хотя и меньшее, скопление - между Багамскими и Бермудскими островами. Есть оно и в Тихом океане, у берегов Калифорнии. Чтобы представить себе, как велики эти скопления бурых водорослей, достаточно сказать, что они занимают пространство в семь раз больше Франции!
На больших глубинах растут красные водоросли - багрянки. Их можно встретить в наших северных, южных и дальневосточных морях. Некоторые багрянки отлично распространяются в неглубоких средних зонах. Они стелются у подножия подводных лесов из крупных водорослей, подобно лишайникам и мхам в наших северных наземных лесах. Обычно это небольшие нежные кустики всего нескольких сантиметров в вышину. Они то прелестных розовых тонов, то вдруг перемежаются темно-малиновыми кустиками, почти черными, то одеты в пурпур. Одни отливают синевой или матовой зеленью, других словно солнечный луч позолотил, и они зажелтели.
В глубоких зонах северных морей дно покрывают ярко-красные кустики багрянок, которые трудно не посчитать за высшие растения. На веточках у них как будто настоящие листья с сетью жилок. Но и это растение - делессерия - тоже водоросль.
Есть багрянки, похожие на красные пластинки, прикрепленные к земле основанием. Иногда это только неветвящиеся нити, иногда узкие ленты. Среди таких подножных кустистых лесов выделяются своеобразные багрянки - камнекусты. Так называют их за способность пропитываться известью. На вид они очень похожи на кораллы: ярко-розовые твердые кустики.
Водоросли прикрепленные обитают в сравнительно неширокой прибрежной полосе. Ее площадь определяют примерно в 1/10 долю всей площади Мирового океана.
Одну десятую! Но жизнь разлита на площади всего Мирового океана, и не только в верхних слоях, но и на огромной глубине. Теперь известно, что на самых больших глубинах (10000 метров), в царстве вечной черной ночи, где держится ровная низкая температура около + 2° и воды недвижны, есть жизнь.
Морское илистое дно усеяно корненожками, губками, актиниями, полипами. Среди построек кораллов копошатся черви, усоногие раки, моллюски. Проплывают громадные рыбы, светящие в темноте зеленым, синим, фиолетовым, красным светом; в огромной пасти торчат хватательные зубы; под пастью - подглоточный мешок. Гроза этих мест! Множество головоногих моллюсков - тоже хищники. Нежные щупальца актиний всегда настороже.
Корненожки, голотурии из иглокожих и некоторые другие беспозвоночные довольствуются илом на обед. Многие из обитателей морских глубин ждут милости от жителей верхних этажей в виде дождя из трупов погибших животных, экскрементов живых. Ну и, конечно, на глубинах кипит, как и на земле, прямая схватка между хищниками. Одни пожирают других. И весь этот огромный подводный мир, поражающий своеобразием форм, размеров, красок, во многом еще загадочный и незнаемый, обязан своим существованием и расцветом зеленым водорослям. С ними он составляет громадную общину, связанную вечными жизненными узами.
Сложная и длинная цепь питания. Конец ее опущен на дно океана, и звено за звеном, бесконечно петляя по пути от одних живых существ к другим, она восходит к верхним слоям Мирового океана.
Здесь раскинута скатерть-самобранка! Безбрежная синяя скатерть с золотыми зайчиками. Они прыгают и резвятся в воде, глубоко пронизывают толщи ее, играют собственным отражением. А мириады еле видимых невооруженным глазом водорослей без промаха ловят зайчиков своим крошечным телом и совершают великую космическую работу зеленого растения. Они - созидатели органического вещества, первопищи для всех обитателей океана.
На скатерти-самобранке берет начало великая цепь питания в морях. Микроскопические водоросли служат пищей микроскопическим животным, вместе с ними образуя население верхних слоев - планктон толщиною в сто, а иногда и более, метров.
Никто не называет этих малюток «лесом», хотя все соглашаются, что ламинарии образуют подводные леса. Но ведь в конечном счете кормят морских животных все-таки не ламинарии, а одноклеточные и колониальные зеленые водоросли планктона.
Даже в холодных морях, например в Баренцевом море, в 1 м3 воды верхних слоев их содержится до тридцати миллионов особей, а в теплых - еще больше.
Дарвин во время своего кругосветного путешествия живо заинтересовался планктонными водорослями, которые он в изобилии встретил у бразильских берегов. «Вся поверхность воды, как показало исследование под лупой, была покрыта как бы кусочками мелко искрошенного сена с зазубренными кончиками». Они имели цилиндрическую форму и были собраны в кучки от двадцати до шестидесяти штук в каждой. «Их, должно быть, бесчисленное множество: наш корабль проходил через несколько полос этих водорослей, - рассказывает Дарвин, - одна из которых занимала в ширину около десяти ярдов и в длину, судя по грязноватому цвету воды, тянулась, по крайней мере, на две с половиной мили».
Крошечные водоросли размножаются с неимоверной быстротой. Неудивительно поэтому, что планктонные водоросли славятся своими урожаями, как можно назвать их годовую продукцию. Ее определяют в триста миллиардов тонн.
В списке самых урожайных водорослей стоит первой хлорелла. Это зеленое чудо дает урожай в четырнадцать раз больше, чем, например, пшеница. Она содержит 50% белков, а в пшенице их всего 12%. Потому-то именно биологи и считают, что хлорелла - первый кандидат в спутники космонавта для дальних полетов. Планктонные водоросли - первопища всего живого в Мировом океане, скатерть-самобранка для тех, кто лишен хлорофилла, без которого океан был бы мертвой пустыней.
Одни из них непосредственно поедают водоросли, другие подбирают продукты их разложения, третьи пожирают животных, питающихся водорослями. Медленно опускается с богатого стола из верхних слоев органический дождь. По пути его подхватывают, отнимают друг от друга и обитатели средних вод, в свою очередь потом опускаясь глубже питательным ручейком еще для кого-то. А остатками от стола займутся бактерии и доведут дело до конца - до минеральных составных частей.
Вместе с тем они положат начало новому кругу жизни: минеральные вещества растворятся в воде, и их подхватят водоросли - те самые, что охотятся за солнечными зайчиками. Так совершается вечный ход жизни, вечный круговорот веществ в воде. И заглавную космическую роль в нем играют водоросли планктона.
Лекция 2. Многообразие растений. Водоросли
Систематика растений занимается изучением и описанием видов растений и распределением их по группам на основе сходства строения и родственных связей между ними, созданием классификации.
Таблица 1. Таксономические категории и таксоны на примере картофеля:
Низшие растения, или Водоросли
Общая характеристика. Водоросли – большая сборная группа фотосинтезирующих, преимущественно водных, фотоавтотрофных эукариотических растений. Для большинства водорослей характерно: в основном водная среда обитания, но большое число видов встречается и на суше (на поверхности почвы, влажных камнях, коре деревьев и т.д.).
Большинство водорослей находится в толще воды во взвешенном состоянии или активно плавает (фитопланктон ), некоторые ведут прикрепленный образ жизни (фитобентос ). Зеленые водоросли обитают в прибрежной зоне на небольшой глубине, бурые содержат пигменты, позволяющие им жить на глубине до 50 м, а набор фотосинтетических пигментов красных водорослей позволяет им обитать на глубине100-200 м, а отдельные представители обнаружены на глубине до 500 м.
Тело водорослей может быть одноклеточным, колониальным или многоклеточным. Если это многоклеточный организм, то его тело не дифференцировано на органы и ткани и называется таллом , или слоевище . У сложно организованных водорослей может наблюдаться элементарная дифференцировка тела, имитирующая органы высших растений – появляются ризоиды, стеблевидные и листовидные образования.
Строение клеток. Клетки большинства водорослей имеют клеточную стенку, образованную целлюлозой и пектином (только у примитивных подвижных одноклеточных и колониальных водорослей, у зооспор и гамет клетки ограничены лишь плазмалеммой), клеточная стенка почти всегда покрыта слизью. Протопласт клеток состоит из цитоплазмы, одного или нескольких ядер и хроматофоров (пластид), содержащих хлорофилл и другие пигменты; в хроматофорах имеются особые образования – пиреноиды – белковые тельца, вокруг которых накапливается крахмал, образующийся в процессе фотосинтеза. Вакуоли, как правило, хорошо развиты; иногда (особенно в подвижных клетках) имеются особые сократительные вакуоли; большинство подвижных водорослей имеют жгутики и светочувствительное образование – глазок, или стигму, благодаря которому водоросли обладают фототаксисом (способностью к активному движению всего организма по направлению к свету).
Размножение бесполое и половое, бесполое размножение осуществляется с помощью зооспор (подвижных) или спор (неподвижных). Бесполое размножение также может осуществляться с помощью вегетативного размножения путем фрагментации таллома, деления клеток одноклеточных водорослей, у колониальных водорослей – за счет распада колоний.
Половое размножение происходит путем образования множества специализированных половых клеток – гамет и их слияния (оплодотворения), что представляет собой половой процесс. В результате слияния образуется зигота, которая покрывается толстой защитной оболочкой. После периода покоя (реже сразу же) зигота прорастает в новую особь, образующуюся в основном путем мейотического деления (зиготическая редукция).
Красные водоросли, или багрянки. Одно из подцарств царства Растения. Среди багрянок встречаются как одноклеточные, так и многоклеточные нитчатые и пластинчатые водоросли (рис.). Из 4000 видов только 200 приспособились к жизни в пресных водоемах и на почве, остальные – обитатели морей. Окраска красных водорослей разнообразна, она определяется различным количественным содержанием пигментов: зелёные - хлорофиллы а и d , каротиноиды и фикобиллины: красный (фикоэритрин) и синий (фикоцианин). Причем окраска водорослей различна на разной глубине, на мелководье они желто-зеленые, затем розовые и на глубине более 50 м становятся красными. Максимальная глубина, на которой находили багрянки – 500 м, где они используют сине-фиолетовые длины волн солнечного света. Чем короче длина волны, тем больше ее энергия, поэтому на самую большую глубину проникают световые волны с наиболее короткой длиной волны. Причем водолазам они кажутся черными, настолько эффективно они поглощают весь падающий на них свет, красными они выглядят на поверхности. Пигменты сосредоточены в хроматофорах, имеющих вид зерен или пластинок, пиреноидов нет.Клеточная стенка – пектиново-целлюлозная, способная к сильному ослизнению, в результате чего у некоторых водорослей весь таллом приобретает слизистую консистенцию. В стенках у многих может откладываться углекислый кальций (СаСО 3) или магний (MgCO 3).
Продуктом ассимиляции является багрянковый крахмал, по строению близкий к гликогену. В отличие от обычного крахмала при окрашивании йодом он приобретает буро-красный цвет.
Багрянки имеют большое практическое значение. Из них получают агар-агар, использующийся в кондитерской и микробиологической промышленности, многие из них являются сырьем для получения клея. Из золы багрянок получают йод и бром. Некоторые красные водоросли используются на корм скоту. В Японии, Китае, на островах Океании и в США багрянки используются в пищу. Порфира считается деликатесом. Красная водоросль хондрус используется для получения каррагенов – особых полисахаридов, подавляющих размножение вируса СПИДа.
Отдел Бурые водоросли. Отдел включает около 1500 видов многоклеточных, преимущественно макроскопических (до 60-100 м) водорослей, ведущих прикрепленный (бентосный ) образ жизни. Чаще всего они встречаются в прибрежных мелководьях всех морей и океанов, иногда вдали от берега (например, в Саргассовом море).
Строение. Талломы бурых водорослей имеют наиболее сложное строение среди водорослей. Одноклеточные и колониальные формы отсутствуют. У высокоорганизованных клетки таллома отчасти дифференцируется, образуя тканеподобные анатомические структуры (например, ситовидные трубки с косыми перегородками). В результате этого происходит образование “стеблевой” и “листовой” частей таллома, выполняющих неоднородные функции. В субстрате водоросли закрепляются с помощью ризоидов.
Клетки бурых водорослей одноядерные с многочисленными хроматофорами, имеющими вид дисков или зерен. Бурая окраска водорослей обусловлена смесью пигментов (хлорофилла, каротиноидов, фукоксантина). Основным запасным веществом является ламинарин (полисахарид с иными, чем у крахмала, связями между остатками глюкозы), откладывающийся в цитоплазме. Клеточные стенки сильно ослизняются. Слизь помогает удерживать воду и тем самым препятствует обезвоживанию, что важно для водорослей приливно-отливной зоны.
Размножение половое и бесполое. Вегетативное размножение осуществляется частями таллома.
Ламинария. Представители рода ламинария известны под названием «морская капуста» (рис.). Они широко распространены в северных морях. Зрелый спорофит ламинарии диплоидное растение длиной от 0,5 до 6 и более метров.
Слоевище ламинарии имеет одну или несколько листоподобных пластинок, располагающихся на простом или разветвленном стеблевидном образовании, прикрепленном к субстрату ризоидами. Стеблевидное образование с ризоидами многолетнее, а пластинка ежегодно отмирает и весной вновь отрастает.
Типичными представителями бурых водорослей является ламинария, макроцистис (его громадное слоевище достигает в длину 50-60 м), фукус, саргассум.
Значение. Будучи автотрофами, водоросли являются основными продуцентами (т. е. производителями) органических веществ в различных водоемах. Кроме того, в процессе фотосинтеза они выделяют кислород, создавая тем самым благоприятные условия для жизни не только водных, но и наземных организмов.
Водоросли играют огромную роль в жизни человека: являются кормом для многих промысловых рыб и других животных, служат добавками в различных питательных смесях, входят в состав комбикормов, некоторые водоросли (например, «морскую капусту») употребляют в пищу. Клетки бурых водорослей поверх целлюлозной клеточной стенки порыты пектином, состоящим из альгиновой кислоты или ее солей, при смешивании с водой (в соотношении 1/300) альгинаты образуют вязкий раствор. Альгинаты используются в пищевой промышленности (для получения пастилы, мармеладов), в парфюмерии (изготовление гелей), в медицине (для изготовления мазей), в химической промышленности (для изготовления клеев, лаков). В текстильной промышленности с их помощью делают невыцветающие и непромокаемые ткани. Морские водоросли используются для получения удобрений, йода, брома. Йод получали раньше исключительно из бурых водорослей. Бурые водоросли могут служить в качестве индикатора местонахождения золота, они способны накапливать его в клетках слоевища.
Отдел Зеленые водоросли. Отдел объединяет около 13000 видов, это самый обширный отдел среди водорослей. Отличительная особенность – чисто зеленый цвет слоевищ, вызванный преобладанием хлорофилла над другими пигментами. Распространены повсеместно. В основном зеленые водоросли обитатели пресных водоемов, но есть и морские виды. Некоторые обитают на суше. Есть виды, вступающие в симбиотические отношения с некоторыми животными (губками, кишечнополостными, оболочниками) и грибами.
Строение . Зеленые водоросли представлены одноклеточными, колониальными и многоклеточными формами. Клетки имеют плотную целлюлозно-пектиновую оболочку, бывают одноядерные или многоядерные. В цитоплазме находятся хроматофоры с пигментами (в основном хлорофилл a и b,). Кроме хлорофилла, в клетках содержатся каротиноиды, ксантофиллы и другие пигменты. Хлоропласты сходны с пластидами высших растений. Основным запасным веществом, накапливающимся в хлоропластах, является крахмал .
Зеленые водоросли считаются предками наземных растений: они имеют одинаковые наборы фотосинтетических пигментов, оболочка содержит не только целлюлозу, но и пектин, запасное вещество – крахмал, накапливаются запасные питательные вещества не в цитоплазме (как у других водорослей), а в пластидах.
Род Хламидомонада. В переводе – единичный организм, покрытый древнегреческой одеждой – хламидой. Одноклеточные водоросли, обитающие преимущественно в мелких водоемах, загрязненных органическими веществами (рис. 60). Клетка хламидомонады имеет округлую или овальную форму, передний конец заострен в виде носика. На нем располагаются два одинаковой величины жгутика, с помощью которых хламидомонада передвигается в воде. Оболочка клетки пектиново-целлюлозная. В центре клетки располагается чашевидный хроматофор с крупным пиреноидом. В углублении хроматофора располагается ядро. На переднем конце клетки находятся стигма и пульсирующие вакуоли.
Размножается хламидомонада как бесполым, так и половым путем. В жизненном цикле преобладает гаплоидная фаза. При бесполом размножении хламидомонада теряет жгутики, содержимое клетки дважды делится митотически, и под оболочкой материнской клетки образуются четыре дочерние. Каждая из них выделяет оболочку и образует жгутики, превращаясь в зооспоры.
Под воздействием ферментов оболочка материнской клетки разрушается, и они выходят наружу, растут до размеров материнской и тоже переходят к бесполому размножению (рис. 61).Половой процесс у многих видов хламидомонады происходит по типу изогамии. Содержимое клетки делится, образуя от 8 до 32 гамет, которые напоминают зооспоры, но имеют более мелкие размеры. Клетки с разным половым знаком сливаются. Образовавшаяся зигота покрывается толстой оболочкой и впадает в период покоя. При наступлении благоприятных условий содержимое зигоспоры делится мейотически, и образуются четыре гаплоидные клетки, каждая из которых становится новой хламидомонадой.
У некоторых видов половой процесс осуществляется по типу гетерогамии (обе гаметы подвижны, но женская крупнее мужской) или по типу оогамии (женская гамета неподвижна).
Род Хлорелла. Одноклеточная водоросль, обитающая в пресных и соленых водоемах, на влажной почве, скалах (рис. 62). Клетки имеют вид зеленых шариков диаметром до 15 мкм. Жгутиков, глазков и сократительных вакуолей не имеет. В клетках имеется чашевидный хроматофор с пиреноидом или без него и мелкое ядро. Хлорелла гораздо более эффективно использует солнечную энергию для фотосинтеза. Если наземные растения используют около 1% солнечной энергии, то хлорелла – 10%. Половой процесс для этой водоросли не известен. Бесполое размножение происходит путем митотического деления содержимого материнской клетки дважды или трижды. В результате деления формируется четыре или восемь неподвижные споры (апланоспоры ). После разрыва материнской оболочки клетки выходят наружу, увеличиваются в размерах и делятся вновь.
Хлорелла интересна тем, что ее клетки содержат большое количество питательных веществ – 50 полноценных белков, жирные масла, углеводы, витамины А, В, С и К и даже антибиотики (причем витамина С в ней в 2 раза больше, чем в соке лимона). Она размножается так интенсивно, что за сутки происходит тысячекратное увеличение числа ее клеток.Хлорелла стала первой водорослью, которую человек стал выращивать в культуре. Она использовалась в качестве экспериментального объекта для изучения некоторых этапов фотосинтеза. В некоторых странах (США, Япония, Израиль) созданы опытные установки для выращивания хлореллы и изучалась возможность использования хлореллы как источника питания для человека. Японцы научились перерабатывать хлореллу в белый порошок, богатый белками и витаминами. Его можно добавлять в муку для выпечки хлебобулочных изделий. Кроме того, хлорелла используется как источник дешевых кормов для скота и при биологической очистке сточных вод.
Класс Улотриксовые. Многоклеточные водоросли, слоевище которых нитевидное или пластинчатое. Наиболее известные представители относятся к роду Улотрикс и роду Ульва. Неветвящиеся нити улотрикса, прикрепляясь к подводным предметам – камням, сваям, корягам и т.д., образуют зеленые дерновинки. Все клетки (за исключением вытянутой в длину бесцветной ризоидальной клетки, с помощью которой происходит прикрепление водоросли) имеют сходное строение. В центре клетки находится ядро и хроматофор, имеющий форму незамкнутого кольца. В хроматофоре находится несколько пиреноидов. Рост нити в длину происходит за счет деления клеток в поперечном направлении. Произрастает в быстротекущих реках, ведет прикрепленный образ жизни (рис. 65).
При благоприятных условиях улотрикс размножается зооспорами, имеющими по четыре жгутика. Они образуются в четном количестве (2, 4, 8 и более). Зооспоры бывают разных размеров – крупные и мелкие. Способность к активному перемещению зооспор способствует расселению улотрикса. Половой процесс происходит по типу изогамии. Отдельные клетки нити превращаются в гаметангии, в которых образуются двужгутиковые гаметы. При слиянии гамет образуется четырехжгутиковая зигота. Затем она отбрасывает жгутики и переходит в состояние покоя.В дальнейшем зигота редукционно делится, давая начало четырем клеткам, каждая из которых образуется новую нить.
Важная эволюционная линия связана с переходом от нитчатого слоевища к пластинчатому. Именно такая форма слоевища у представителей рода Ульва (морской салат). Внешне ульва напоминает тонкий зеленый лист целлофана, ее слоевище до 150 см состоит из двух слоев клеток. Для ульвы характерно чередование поколений, причем диплоидный спорофит и гаплоидные гаметофиты внешне не отличаются. Такое чередование поколений называется изоморфным .
Род Спирогира. Зеленые нитчатые водоросли длиной до 8-10 см (рис. 63). Многочисленные виды спирогир обитают в пресных водоемах, в стоячей воде. Скопления нитей спирогиры образуют тину. Нити неветвящиеся, образованные одним рядом цилиндрических клеток. Жгутиковые стадии отсутствуют.
В центре клеток находится крупное ядро. Оно окружено цитоплазмой, расходящейся в виде тяжей от центра клетки к периферии. Здесь они соединяются с постенным слоем цитоплазмы. Тяжи пронизывают крупную вакуоль. В клетках находятся лентовидные, закрученные в виде спирали хроматофоры. Они располагаются постенно с внутренней стороны оболочки. У разных видов спирогиры количество хроматофоров колеблется от 1 до 16. В хроматофорах в большом количестве располагаются крупные бесцветные пиреноиды. Снаружи водоросль окружена слизистым чехлом.
|
Рис. . Лестничная конъюгация спирогиры
Половой процесс осуществляется путем конъюгации (рис. 64). Конъюгация может быть лестничной и боковой. При лестничной конъюгации две нити располагаются параллельно друг другу. У рядом расположенных клеток образуют куполообразные выросты, растущие навстречу друг другу.
В месте соприкосновения перегородки, разделяющие клетки, растворяются, и образуется канал, связывающий обе клетки. Содержимое одной клетки (мужской) округляется и перетекает по трубке в другую (женскую), и их содержимое (в первую очередь ядра) сливается. При боковой конъюгации оплодотворение происходит в пределах одной нити. При этом наблюдается слияние протопластов двух рядом расположенных клеток.
Зигота, образовавшаяся в результате оплодотворения, окружается толстой клеточной стенкой и впадает в период покоя. Весной зигота редукционно делится и образует четыре гаплоидных ядра. Три ядра дегенерируют, а четвертое делится митотически и дает начало новой гаплоидной нити. Таким образом, спирогира проходит жизненный цикл в гаплоидной фазе, диплоидна у нее только зигота.
Простейшие диатомовые водоросли - это особая группа одноклеточных микроорганизмов, которые приспособились к экстремальным условиям обитания. Особенностью этих организмов является твердая кремнеземная оболочка, делающая их устойчивыми к неблагоприятным условиям окружающей среды. Диатомеи часто встречаются в аквариумах, существенно ухудшая внешний вид подводного сада.
На планете существует около 1600 видов коричневых водорослей Описание микроорганизмов
Клетки водорослей состоят из жидкой протоплазмы, которая окружена прочной кремнеземной оболочкой-панцирем. Протопласт проникает во все внутренние полости оболочки, заполняя ее, что приводит к быстрому увеличению колоний микроорганизмов. Панцирь усеян многочисленными тончайшими отверстиями, что обеспечивает обмен веществ с окружающей средой и протопластом.
Представители диатомовых водорослей имеют различную окраску, зависящую от строения панциря и преобладающих пигментов. Большинство таких микроорганизмов имеет коричневый или серый цвет, но встречаются и тёмно-зелёные, практически чёрные и даже ярко-красные.
Пресноводные коричневые водоросли обитают в бентосе
На сегодняшний день ученым известно 1600 различных видов коричневых водорослей. Встречаются простейшие в морской воде и растут как на больших глубинах, так и на каменистых отмелях, где берег омывается водой лишь во время мощного прилива. Также встречаются и пресноводные формы, которые обитают в бентосе и могут поселяться на различных субстратах. Пресноводные водоросли чаще всего доставляют проблемы аквариумистам, которые с трудом избавляются от этих нежелательных микроорганизмов.
Особенностями бурых водорослей являются:
- Хитиновый панцирь.
- Размножение делением клетки.
- Цветовые вариации видов диатомей.
Прочный хитиновый панцирь обуславливает особенности размножения у диатомовых водорослей. Чаще всего эти микроорганизмы делятся на две половины, размножаясь путем деления клеток. В подходящих условиях, когда диатомеи получают необходимое им питание, деление клеток и размножение колонии может проходить в ускоренном режиме, и поселения простейших увеличиваются буквально за несколько часов. В особенности этот процесс заметен в запущенных аквариумах, где водоросли покрывают все доступные им субстраты.
Распространённые виды диатомей
С появлением мощных микроскопов изучение подводного мира активизировалось, а учёные получили возможность описать и идентифицировать самые мелкие виды, которые состоят буквально из одной клетки и ядра.
Наибольшее распространение получили следующие виды бурых водорослей:
- Пиннулярия, которая имеет эллиптические удлинённые створки с заметной шероховатостью панциря.
- Цимбелла. Отличается характерными серповидно изогнутыми створками.
- Навикула. Имеет острые лодкообразные створки панциря с зауженными концами.
Навикулы чаще всего встречаются в пресноводных аквариумах
В пресноводных аквариумах чаще всего встречаются колонии навикул, характеризующиеся коричневым и бурым цветом. В последующем, активно разрастаясь, эти водоросли приобретают уже характерную чёрную окраску. В морских аквариумах могут встречаться десятки и сотни различных диатомей, которые имеют серый, коричневый, чёрный и фиолетовый цвет.
Все без исключения аквариумисты сталкивались с проблемой диатомовых водорослей, которые образуют на листьях растений, камнях, декорациях и стеклах характерный коричневый налет. Если поначалу справиться с такими простейшими не представляет труда, и аквариумист может с легкостью поддерживать чистоту стёкол, декорации и растений, то по мере ухудшения биобаланса колония простейших только разрастается. В итоге избавиться от черного и коричневого налета становится все сложнее.
Признаки появления одноклеточных
Определить наличие диатомовых в аквариуме не составит труда. На растениях, грунте и стекле появляется коричневый налёт, который пылит при его стирании пальцами, губкой или скребком. На ранних стадиях образования колонии диатомеи могут с легкостью очищаться с декораций и стекла, но в запущенных аквариумах налет приобретает характерный черный цвет, отмечается нарастание слоев друг на друга, и если верхний слой ещё кое-как стирается со стекол, то нижние ороговевшие участки намертво крепятся к растениям и декорациям.
Причины появления диатомей:
На рыб и других гидробионтов бурые водоросли в аквариуме не оказывают какого-либо влияния. А вот растениям такой налет будет грозить быстрой гибелью, т. к. плотные слои на листве водорослей прекращают фотосинтез. Если не предпринять каких-либо действий по восстановлению баланса и механически не очищать листву от имеющегося налета, то растения в скором времени погибнут.
Скорость распространения у диатомовых водорослей чрезвычайно высока, поэтому новые листья буквально в течение нескольких дней поражаются серым и коричневым налетом, избавиться от которого в последующем крайне сложно. В запущенных аквариумах бурый и коричневый налет становится отличным субстратом для появления сложных в избавлении водорослей. Поэтому не стоит удивляться, что на листьях и грунте появляется вьетнамка, чёрная борода и другие водные одноклеточные.
Причины развития простейших
Бурые водоросли являются спутником молодого, только что запущенного аквариума. Однако в последующем при стабилизации баланса колонии диатомеи практически полностью отмирают , а всё, что останется делать аквариумисту, это раз в несколько недель протирать стекла аквариума губкой или специальным скребком.
Причиной появления диатомовых водорослей в молодом аквариуме является неустановившийся азотный цикл. Растения, будучи только посаженными в грунт, ещё не укоренились и не потребляют необходимого количества микроэлементов, соответственно, в воде присутствуют нитраты, нитриты, азот и фосфор, что приводит к развитию водорослей. Однако в последующем внешний фильтр выйдет на свою полную мощность, укоренятся и пустятся в рост растения, азотный цикл стабилизируется, что позволит решить проблему с коричневыми водорослями.
В запущенных аквариумах, где отмечается перенаселение, отсутствует качественная фильтрация, а в грунте имеется избыток органики, быстро появляются водоросли и другие виды простейших. Аквариумисту необходимо будет восстанавливать биобаланс, сифонить грунт, увеличивать зеленую массу и регулярно менять воду. В идеале аквариум следует дополнительно оснастить мощным наружным фильтром, который снизит содержание аммиака, аммония, нитратов и нитритов.
Аквариумисту необходимо раз в несколько недель протирать аквариум губкой
Нередкой причиной появления водорослей в аквариуме является длинный световой день. Сразу после запуска не следует устанавливать его продолжительностью 12 часов в сутки. Многим кажется, что чем больше света получают растения, тем они быстрее принимаются в рост, а вся система стабилизируется. Но в действительности слишком мощное и длительное освещение приводит к развитию водорослей и появлению характерного коричневого налета на стеклах. Поэтому следует после запуска аквариума устанавливать световой день не более 6 часов, после чего плавно увеличивать его на час-полтора каждую неделю.
Водоросли в аквариуме могут образовываться и при неправильном внесении удобрений. Превышая дозы вносимых питательных веществ, неопытные аквариумисты неизменно стимулируют развитие простейших, в том числе диатомовых микроорганизмов. Подкармливать водные растения можно лишь при соответствующем качественном освещении, подаче CO2 и большом объеме зелёной массы. Вносить удобрения необходимо предельно аккуратно, небольшими дозами, постепенно увеличивая количество микроэлементов, одновременно наблюдая как за состоянием растений, так и за отсутствием нежелательных водорослей в аквариуме.
В редких случаях коричневый налет возникает при использовании выгоревших люминесцентных ламп. Со временем у них выгорает спектр, они начинают светить тусклым белым светом. У растений уменьшается фотосинтез, в воде появляется много нерастворенной органики, образуется питательная среда для различных водорослей, которые тут же «поднимают голову» и заполняют весь аквариум.
Профилактика и уничтожение водорослей
Чем раньше аквариумист начнет борьбу с водорослями, тем проще избавиться от них. Коричневый налет буквально за 10 дней может поразить весь аквариум, а избавиться от имеющихся проблем можно за полтора-два месяца. Сильно запущенный аквариум, где нарушен биобаланс, проще не восстанавливать, а запустить заново, для чего придется слить всю воду, очистить растения от загрязнений, промыть и прокипятить грунт и в последующем контролировать правильный биобаланс экосистемы.
Куда проще предупредить появление водорослей, чем потом пытаться бороться с появившимся налетом. При запуске аквариума необходимо обеспечить правильное освещение, кормить рыб умеренно, не рекомендуется использовать какие-либо удобрения. Эти меры исключат образование органики в грунте. В последующем нужно следить за состоянием фильтра, регулярно заменять воду и не перекармливать рыбок.
При вспышке бурых водорослей в уже стабилизированном аквариуме необходимо увеличивать частоту замен воды до 2 раз в неделю , меняя приблизительно 1/5 ее часть. Одновременно с этим нужно сифонить аквариум, чтобы удалить органику, которая гниет в грунте и ухудшает химические показатели воды.
Для предотвращения загрязнения аквариума необходимо обеспечить правильное освещение
Избавиться от одноклеточных можно, увеличив фильтрацию воды, для чего дополнительно устанавливают ещё один наружный фильтр, а имеющееся оборудование очищают, что позволит повысить его производительность. Продолжительность светового дня рекомендуется на пару дней сократить до 5−6 часов в сутки. В последующем это время постепенно увеличивают до 10 часов в сутки. При необходимости старые люминесцентные лампы, которые эксплуатируются уже больше года, следует заменить.
Отлично помогают справиться с бурыми водорослями рыбки отоцинклюсы и улитки теодоксусы. Также диатомеями питаются сиамские водорослееды, различные моллюски и гиринохейлусы. На аквариум объемом 100 литров будет достаточно двух сиамских водорослеедов, которые буквально за неделю смогут очистить от налета растения и декорации. В последующем рыбки будут поддерживать чистоту аквариума, поедая нитчатку, олений рог и другие водоросли.
В профилактических целях и для восстановления запущенных аквариумов можно использовать альгициды, которые не только подавляют простейших, но и ускоряют рост высших растений. Необходимо лишь подобрать правильную норму внесения альгицидов, которая рассчитывается индивидуально в зависимости от количества растений и объёма аквариума.
Водоросли - это большая группа первичноводных растений со сравнительно простой внутренней организацией, тесным образом связанная с водной средой. Некоторые альгологии (альгология - дисциплина, изучающая водоросли; от лат. algae - водоросли) насчитывают до 100 тыс. видов, хотя большинство ученых рассматривает около 30 тыс. Водоросли никогда нс прерывали своего водного существования, т.е. они возникли, эволюционировали и широко распространены до настоящего времени в водной среде, именно поэтому эту полифилическую (имеющую различные предковые формы) группу называют «первичноводными» организмами. В водоемах обитают не только водоросли. Многие высшие растения приспособились жить в воде. Но они происходят от наземных групп, освоивших воду как вторую среду жизни, они называются вторичноводные растения.
Водоросли живут не только в морской и пресной воде. Некоторым микроскопическим водорослям достаточно для жизни капельно-жидкой влаги почвы, влажного воздуха. Водоросли можно встретить на льду и в термальных водах.
Эта группа растений всегда связана с водой, со средой сравнительно стабильной, которая представляет одинаковые условия для всех слагающих тело клеток. Поэтому водоросли не имеют тканей, а вследствие этого, нет и дифференциации тела на органы. Таким образом, тело водорослей - это единое слоевище или таллом, не разделенное на вегетативные органы. У многоклеточных водорослей слоевище может быть очень разнообразной формы и степени расчлененности.
На клеточном уровне водоросли характеризуются признаками, характерными для фотосинтезирующих эукариот. Клеточная оболочка состоит из слоев целлюлозы и пектина, у многих присутствует альгиновая кислота. В некоторых случаях оболочка может включать до 50% кремнезема (диатомовые водоросли). Основным фотосинтезирующим пигментом является хлорофилл, но у многих интенсивно окрашенных водорослей имеются пигменты группы фикобиллинов и каротиноидов. Пластиды часто бывают значительно крупнее аналогичных органелл у высших растений и имеют разнообразную форму - спиралевидную, звездчатую, чашевидную. Такие пластиды называются хроматофорами. В них могут присутствовать особые включения с крахмалом - пиреноиды.
Талломы водорослей по форме чрезвычайно разнообразны (рис. 9.3). Одноклеточные талломы (2) водорослей часто имеют жгутики. У водорослей имеются колониальные формы. Многоклеточные талломы бывают нитчатые (4, 7, 9), пластинчатые (1, 8), лентовидные (6, 12), кустистые (3, 10, 11). Самая оригинальная форма таллома - сифональная (5). В этом случае, тело водоросли образовано одной гигантской разветвленной многоядерной клеткой.
Размеры водорослей сильно варьируют - от микроскопической одноклеточной хлореллы до макроцистиса длиной в несколько
десятков метров. Некоторые формы прикрепляются к субстрату ризоидами. Ризоиды - «корнеподобные» структуры, не являются полноценными корнями. Они выполняют только одну функцию - удерживают растение на субстрате.
Рис. 93-
В большинстве своем, водоросли постоянно живут в воде. Все необходимые вещества для фотосинтеза, дыхания, минерального питания они получают из окружающей водной среды. Для водорослей важна прозрачность воды. Она определяет количество света, доступного для фотосинтеза у этих растений. В прозрачных морских водах водоросли можно встретить до глубины 150 м. Глубже обитают водоросли, имеющие дополнительные к хлорофиллу фотосингетические пигменты. Цвет «глубоководных» водорослей бывает красный, фиолетовый, серо-голубой. Формы таллома и его окраска используются как классификационные признаки для разделения водорослей на отделы.
Размножаются водоросли различными способами. Бесполое размножение у одноклеточных водорослей - деление клетки, у колониальных - распад колонии. Для многоклеточных водорослей характерны другие виды бесполого размножения. Самая простая форма - фрагментация, разрыв на отдельные части нитчатых или пластинчатых талломов. Споровое размножение осуществляется с помощью различного рода спор: подвижных, со жгутиками - зооспорами или апланоспорами - лишенных жгутиков и распространяющихся в воде пассивно. Споры водорослей развиваются всегда в одноклеточных спорангиях.
Половое размножение широко распространено у всех водорослей и представлено всеми его видами - хологамия, изогамия, гетерогамия, оогамия. Встречаются водоросли, у которых сливаются не гаметы, а вегетативные клетки нитчатых талломов, тогда процесс называется конъюгация. У некоторых водорослей гаметы ($ и S) образуются на разных талломах. Такие формы являются двудомными, в отличие от однодомных, у которых разнополые гаметы образуются на одном талломе. У водорослей впервые появилось чередование в жизненном цикле бесполого и полового поколений. Спорофит и гаметофит могут быть морфологически одинаковы (изоморфная смена поколений) или резко отличаться (гетеро- морфная смена поколений).