Водоросли характеризуются большим разнообразием строе- ния. Они бывают одноклеточными, колониальными и многоклеточными.
В условиях Беларуси широко распространены такие автотрофные и автогетеротрофные одноклеточные водоросли, как хлорелла, эвглена зеленая и др.
Хлорелла часто встречается в пресных водоемах, на сырой земле, коре деревьев. Хлорелла — одноклеточный организм шаровидной формы. Клетка ее покрыта плотной гладкой оболочкой. В цитоплазме содержатся ядро, чашевидный хлоропласт и другие органеллы.
Размножается хлорелла бесполым путем, образуя множество спор. Споры еще внутри материнской клетки покрываются собственной оболочкой и затем выходят наружу. В дальнейшем спора вырастает во взрослую особь.
Эвглена зеленая обитает в небольших пресных водоемах со стоячей водой — лужах, озерах, болотах, а так лее на влажной почве. В летнее время молено наблюдать, как в небольшом пруду или луже вода становится зеленой — «цветет». Причиной этого «цветения» может быть массовое развитие эвглены. Под микроскопом в капле воды, взятой из такого водоема, можно рассмотреть ее строение.
Тело эвглены зеленой длиной около 0,05 мм имеет вытянутую обтекаемую форму, хорошо приспособленную к движению в воде . Наружный слой цитоплазмы у эвглены уплотнен и называется пелликулой, которая придает клетке форму. На переднем конце тела эвглены находится углубление. Оно является выводным каналом сократительной вакуоли, а из отверстия углубления выходит жгутик — органоид движения. Постоянно вращая жгутиком, эвглена как бы ввинчивается в воду и за счет этого плывет вперед. В цитоплазме эвглены располагаются ядро, ярко-красный светочувствительный глазок и около 20 хлоропластов, содержащих хлорофилл.
Питание. Особенностью эвглены является способность менять характер питания и обмена веществ в зависимости от условий среды обитания. На свету ей присущ автотрофный тип питания. Эвглены всегда находятся в освещенной части водоема, где более благоприятные условия для фотосинтеза. Находить освещенные места эвглене помогает светочувствительный глазок, расположенный на переднем конце тела.
Если эвглену поместить на длительное время в темноту, она теряет хлорофилл и становится бесцветной. В отсутствие хлорофилла фотосинтез прекращается, эвглена начинает усваивать готовые органические вещества, т.е. переходит от автотрофного к гетеротрофному (сапротрофно му) способу питания. Вот почему в водах, обогащенных органическими веществами, эвглена развивается в массовых количествах.
Гетеротрофное питание у эвглены осуществляется путем всасывания органических веществ всей поверхностью тела.
Часто, развиваясь в загрязненных водоемах, где имеется большое количество растворенных органических веществ, эвглена сочетает оба типа питания — и автотрофный, и гетеротрофный. Способность эвглены изменять характер питания обеспечивает возможность выживания в различных условиях существования. Таким образом, эвглена зеленая является автогетеротрофным протистом.
Отличительной особенностью автогетеротрофных протистовявляется их способность питаться двумя способами: на свету — как растения, а в темноте — как животные. Это значит, что на свету они осуществляют процесс фотосинтеза и создают органические вещества. При недостаточном для фотосинтеза освещении и при обилии органических веществ в воде они усваивают готовые органические вещества, которые образуются в водоеме при расщеплении отмерших частей живых организмов.
Дыхание и выделение у эвглены зеленой происходит так нее, как и у других пресноводных протистов.
Сократительная вакуоль, в которой скапливается избыток воды с растворенными продуктами обмена веществ, при сокращении выводит свое содержимое наружу. Этот процесс происходит ритмично через каждые 20—30 с.
Размножение. Бесполое размножение эвглены начинается с деления ядра, хлоропластов, светочувствительного глазка и образования второго жгутика. Затем на переднем конце клетки между жгутиками появляется разделительная щель, которая постепенно увеличивается. В конце продольного деления дочерние клетки, связанные между собой своими задними концами, расходятся. При благоприятных условиях процесс деления клетки продолжается 2—4 ч.
Половое размножение у эвглены научно не установлено.
Неблагоприятные условия среды обитания эвглена, как и амеба, переносит в состоянии цисты.
Хламидомонадачасто встречается в тех лее загрязненных органическими веществами водоемах, что и эвглена. В прош шлом году вы познакомились с ее строением, питанием, размножением. К этому следует добавить еще одну очень важную особенность хламидомонады. Оказывается, что наряду с ав-тотрофным способом питания она способна поглощать через оболочку растворенные в воде органические вещества и таким образом участвовать в очищении загрязненной воды.
Хламидомонада размножается бесполым и половым путями. В благоприятных условиях хламидомонада размножается бесполым способом. При этом хламидомонада утрачивает жгутики, перестает двигаться. Ее ядро делится дважды: образуется четыре дочерних ядра. Затем протопласт делится на четыре части. Таким образом внутри материнской клетки образуется четыре, а иногда восемь зооспор. Каждая из них покрывается оболочкой, а на переднем конце образуется два жгутика. Оболочка материнской клетки разрывается, и зооспоры развиваются в дочерние хламидомонады, которые начинают самостоятельное существование. Они быстро растут и через сутки способны к новому делению.
В неблагоприятных условиях (например, при подсыхании водоема) у хламидомонады происходит половое размножение. При этом ее содержимое делится на 6, 32, 64 мелкие подвижные
половые клетки — гаметы. Они выплывают в воду и сливаются с гаметами другой особи. Так происходит оплодотворение, в результате которого образуется одна клетка — зигота. Она не имеет жгутиков, покрыта толстой оболочкой и устойчива к неблагоприятным условиям. При наступлении благоприятных условий из зиготы развивается несколько хламидомонад.
Диатомовые водоросли.В морях и пресных водах всех климатических зон встречаются диатомовые водоросли. Под микроскопом можно увидеть, что форма этих одноклеточных организмов бывает очень разнообразной. Общим для всех диатомовых водорослей является наличие прочного кремнеземного панциря. Этот панцирь состоит из двух половин, которые подогнаны одна к другой, как коробка с крышкой. Желто-бурый цвет придают диатомовым водорослям пигменты, маскирующие хлорофилл. Размножение диатомовых водорослей происходит половым и бесполым путем посредством деления клеток. В результате увеличения объема цитоплазмы половинки панциря расходятся, и ядро и цитоплазма делятся. Каждая дочерняя клетка заново образует недостающую половинку панциря.
В пресных водах диатомовые водоросли в основном находятся на дне водоемов. Морские диатомовые водоросли живут в воде во взвешенном состоянии. Капелька жира, содержащаяся в клетке водоросли, позволяет ей легко поддерживать такое состояние. Диатомовые водоросли составляют важную кормовую базу для животных, живущих на отмелях, например для моллюсков. На одном квадратном сантиметре земли, заливаемой приливом, часто живет свыше миллиона диатомовых водорослей, образующих там бурый налет. На диатомовых водорослях «пасутся» моллюски, а ими, в свою очередь, питаются другие животные, например серебристая чайка и гага.
Диатомовые водоросли находятся в самом начале пищевой цепи: диатомовые водоросли → моллюски → птицы.
томовых водорослей образовали на протяжении геологических эпох мощные слои осадочной породы диатомит. Сегодня эти отложения разрабатываются. Благодаря тонкой структуре и твердости раковин диатомит используется как шлифовальный и полировальный материал, а также для изготовления фильтров. В аптеках кремнезем предлагается в качестве средства для ухода за кожей, волосами и ногтями. Структура панцирей диатомовых водорослей настолько тонка и правильна, что их можно использовать для проверки качества микроскопов.
Колониальные водоросли. Вольвокс.В небольших пресноводных водоемах (прудах, озерах) встречаются плавающие зеленые шарики диаметром 1—2 мм. Это вольвокс. При рассмотрении под микроскопом видно, что он образован множеством отдельных клеток, расположенных по периферии шарика в один слой. Число их колеблется от 500 до 60 000.
Колония вольвокса с дочерними колониями внутри материнской.
Клетки — это отдельные организмы, объединенные в колонию. Клетки вольвокса похожи на хламидомонаду. Они имеют по два жгутика. Согласованная работа жгутиков обеспечивает вращательное (волчко-образное) движение колонии (отсюда и название этого организма: «вольвокс» означает «волчок»).
Основная масса колонии состоит из полужидкого студенистого вещества, которое образовалось в результате ослизнения клеточных стенок. Наружный слой студенистого вещества более плотный, что придает всей колонии определенную форму.
В колонии вольвокса отдельные особи не полностью изолированы одна от другой. Они сращены своими боковыми стенками и соединены между собой тонкими цитоплазматическими мостиками.
Для вольвокса характерна дифференцировка, или специализация, клеток в колонии. Одни из них — вегетативные, не способные к размножению, другие — клетки бесполого и полового размножения. В колонии вольвокса клеток размножения немного — от 4 до 10. В летнее время эти клетки многократно делятся и образуют несколько новых дочерних колоний внутри материнской. Когда размеры дочерних колоний увеличиваются настолько, что они не могут поместиться внутри материнской, последняя разрывается и погибает, а дочерние колонии выходят наружу.
При половом размножении в специализированных клетках колонии развиваются гаметы, в результате слияния которых образуется зигота. После периода покоя из зиготы после ряда последовательных делений развивается новая колония.
Наличие таких организмов, как вольвокс со специализированными клетками, выполняющими разные функции, дает основание предполагать, что развитие многоклеточных организмов от одноклеточных могло идти через колониальные формы.
К водорослям относятся одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы, способные осуществлять фотосинтез. Способность к фотосинтезу обеспечивается наличием в их клетках хлоропластов. Водоросли имеют разные форму и размеры. Они живут преимущественно в воде и заселяют те водные глубины, куда проникает свет. Эвглена зеленая и хламидомонада — типичные представители автогетеротрофных протистов(водорослей).
В пресноводных и морских водоемах широко распространены многоклеточные водоросли. Тело многоклеточных водорослей называется слоевищем. От личительная черта слоевища — сходство клеток и отсутствие тканей и органов. Все клетки слоевища устроены почти одинаково, и все части тела выполняют одинаковые функции. В теле водоросли вещества передвигаются от клетки к клетке, причем происходит это очень медленно.
Клетки слоевища могут делиться в одном направлении, образуя нити, или в двух направлениях — образуя пластинки. Среди водорослей встречаются виды не только микроскопически малых размеров, но и такие, которые достигают длины свыше 100 м (например, бурая водоросль макроцистис грушеносный достигает длины 160 м).
Водоросли играют важную роль в природе, участвуя в образовании органических веществ и кислорода.
Многоклеточные водоросли бывают нитчатыми, пластинчатыми, кустистыми. Они, как правило, ведут прикрепленный образ жизни.
Улотрикс.Эта водоросль живет преимущественно в пресных, реже в морских водоемах. Она прикрепляется к подводным предметам, формируя ярко-зеленые кустики высотой до 10 см.
Нити улотрикса состоят из одного ряда цилиндрических клеток с толстыми целлюлозными оболочками. Для улотрикса характерны хлоропласты в виде пластинки, образующей незамкнутый поясок.
Бесполое размножение осуществляется разрывом нити на короткие участки, каждый из которых развивается в новую нить, или 4-жгутиковыми зооспорами. Они выходят из материнской клетки, утрачивают жгутики, прикрепляются боком к субстрату и прорастают в новую нить. При половом размножении
Улотрикс: 1 — внешний вид; 2 — фрагмент нити с зооспорами и гаметами; 3 — зооспора; 4, 5 — гаметы и их копуляция.
происходит слияние гамет с образованием зиготы. Зигота вначале плавает, затем оседает на дно, утрачивает жгутики, вырабатывает плотную оболочку и слизистую ножку, которой прикрепляется к субстрату. После периода покоя происходит деление ядра и зигота прорастает зооспорами.
Смена поколений у водорослей. У некоторых видов водорослей и гаметы, и споры могут развиваться в клетках одной особи. При высокой температуре, например, водоросль производит споры, а при низкой — гаметы.
У других водорослей особи одного вида могут быть двух сортов. Одни из них производят споры. Их называют спорофиты, и они имеют двойной набор хромосом в клетках своего тела. Другие производят гаметы. Их называют гаметофиты, и они имеют одинарный набор хромосом в клетках.
Гаметофит может быть внешне похожим на спорофит, а может отличаться по форме и размерам. У улотрикса нитчатый многоклеточный гаметофит (поколение, формирующее гаметы) сменяется одноклеточным спорофитом — поколением, являющимся результатом полового процесса и формирующим споры.
У ламинарии, напротив, гаметофит микроскопический, а спорофит представляет собой ленту длиной до 15м.
Спирогира. В стоячих и медленно текущих водоемах часто встречается спирогира. Она представляет собой тонкую нить, состоящую из цилиндрических, расположенных в один ряд одноядерных клеток с хорошо заметной клеточной оболочкой. Снаружи нити покрыты толстым слоем слизи, поэтому тина и слизистая на ощупь. Вместе с другими нитчатыми зелеными водорослями спирогира образует большие массы тины ярко-зеленого цвета.
Характерным признаком спирогиры является то, что хлоропласт имеет вид спирально закрученной ленты, расположенной в цитоплазме вдоль клеточной стенки. Большая часть каждой клетки занята вакуолью с клеточным соком. В центре клетки расположено ядро, заключенное в цитоплазматиче-
ский мешочек, соединенный тяжами с постенной цитоплазмой.
Бесполое размножение у спирогиры осуществляется путем разрыва нити на отдельные короткие участки. Размножение
Спирогира: а — часть нити; б — половой процесс (конъюгация): 1 — хлоропласт; 2 — ядро; 3 — зигота.
спорами отсутствует. Для спирогиры характерно также половое размножение.
При половом размножении обычно две нити располагаются рядом. В их клетках возникают выпячивания стенок, которые растут навстречу друг другу. В месте их соприкосновения стенки растворяются, и между клетками двух нитей образуется сквозной канал. Через этот канал содержимое клетки одной нити перемещается в клетку другой нити и сливается с ее содержимым. В результате образуется зигота. Такой тип полового процесса называется конъюгацией. Образовавшиеся зиготы с толстой оболочкой после периода покоя прорастают. Этому предшествует двухкратное деление ядра: из четырех получившихся ядер три отмирают,
Морские водоросли: 1 — ульва; 2 — фукус.
а одно остается ядром единственного проростка, который выходит в месте разрыва оболочки зиготы и развивается во взрослую водоросль.
Ульва.Ульва известна под названием «морской салат», так как население многих приморских стран употребляет ее в пищу. На мелководье Черного и Японского морей ульва — одна из массовых водорослей. Ее легко узнать по широкому двухслойному пластинчатому слоевищу ярко-зеленого цвета .
Слоевище ульвы состоит из почти однотипных клеток. Лишь у основания они более крупные и снабжены отростками, с помощью которых растения прикрепляются к субстрату. Размножается ульва бесполым (четырехжгутиковыми зооспорами) и половым способами. Специализированных органов размножения у нее нет, зооспоры и гаметы образуются в обычных клетках.
Ламинария.В морях обитают водоросли, имеющие желто-бурую окраску слоевища. Это так называемые бурые водоросли. Окраска их слоевища обусловлена высоким содержанием в клетках особых пигментов. Тело бурых водорослей имеет вид нитей или пластин. Типичным представителем этой группы водорослей является ламинария, которая известна под названием «морская капуста». Она имеет пластинчатое слоевище длиной до 10 — 15 м. Ламинария прикрепляется к субстрату выростами слоевища — ризоидами. Размножается зооспорами и половым путем.
Ламинария используется в пищу, идет на корм скоту как пищевая добавка, содержащая многие химические элементы и большое количество йода. Используется ламинария также для получения йода и углеводов, применяемых в пищевой, медицинской и микробиологической промышленности.
На мелководье густые заросли образует фукус. Его слоевище более расчлененное, чем у ламинарии. В верхней части слоевища имеются специальные пузыри с воздухом, благодаря чему тело фукуса удерживается в вертикальном положении.
Приспособления водорослей к условиям обитания. Для организмов, обитающих в океанах, морях, реках и других водоемах, вода является их средой обитания. Условия этой среды
заметно отличаются от наземных условий. Для водоемов характерны постепенное ослабление освещенности по мере погружения на глубину, колебания температуры и солености, низкое содержание кислорода в воде — в 30—35 раз меньше, чем в воздухе. Кроме того, для морских водорослей большую опасность представляет движение воды, особенно в прибрежной (приливно-отливной) зоне. Здесь водоросли подвергаются воздействию таких мощных факторов, как прибой и удары волн, отливы, приливы и др.
Выживание водорослей в таких жестких условиях водной среды возможно за счет ряда особенностей строения.
1. При недостатке влаги оболочки клеток значительно утолщаются, пропитываются неорганическими и органическими веществами, которые защищают организм от высыхания в период отлива.
2. Слоевище морских водорослей прочно прикреплено к грунту, поэтому в случае прибоя и
ударов волн они сравнительно редко отрываются от грунта.
3. Глубоководные водоросли содержат более крупные хло-ропласты с высоким содержанием хлорофилла и других фото-синтезирующих пигментов.
4. У некоторых водорослей имеются специальные пузыри, заполненные воздухом. Они, как поплавки, удерживают сло-евище у поверхности воды, где есть возможность улавливать максимальное количество света для фотосинтеза.
5. Выход спор и гамет у морских водорослей совпадает с приливом. Развитие зиготы происходит сразу же после оплодотворения, что предотвращает ее унос в океан.
Значение водорослей. Повсеместное распространение водорослей определяет их большое значение в биосфере и хозяйственной деятельности человека. Благодаря способности к фотосинтезу они создают в водоемах огромное количество органических веществ, которые используются водными животными. Иными словами, водоросли являются кормильцами водных животных.
Водоросли являются источником кислорода. Поглощая из воды углекислый газ, водоросли насыщают ее кислородом, необходимым для всех живых организмов.
Многие водоросли (эвглена, хламидомонада и др.) являются активными санитарами загрязненных водоемов, в том числе хозяйственных и бытовых стоков городской канализации.
В геологическом прошлом Земли водоросли играли важную роль в образовании горных и меловых пород, известняков, рифов, особых разновидностей угля, были родоначальниками растений, заселивших сушу.
Водоросли чрезвычайно широко используются в различных отраслях хозяйственной деятельности человека, в том числе в пищевой, фармацевтической и парфюмерной промышленности. Их возделывают в больших количествах в установках под открытым небом с целью получения белков, витаминов.
Большое значение в природе и хозяйственной деятельности человека имеет хлорелла.Быстрое размножение и высокая интенсивность фотосинтеза (примерно в 3—5 раз выше, чем у наземных растений) приводят к тому, что за сутки масса хлореллы увеличивается более чем в 10 раз. При этом в клетках накапливаются белки (до 50 % сухой массы клетки), сахара, жиры, витамины и др.
Способность хлореллы в процессе фотосинтеза интенсивно поглощать углекислый газ и выделять кислород делает возможным использование ее для восстановления воздуха в замкнутых пространствах космических кораблей и подводных лодок.
Водоросли служат сырьем для получения ценных органических веществ: спиртов, лака, органических кислот, йода. Из водорослей получают также особые вещества, на основе которых изготавливают клей, обладающий клеящей силой, в 14 раз превосходящей таковую крахмала. Эти вещества используются в текстильной и бумажной промышленности для придания бумаге плотности и глянца.
Из красных водорослей получают агар-агар. Он применяется в качестве твердой среды, на которой с добавлением определенных питательных веществ выращивают грибы, бактерии. В больших количествах агар-агар используют в пищевой промышленности при изготовлении мармелада, пастилы, мороженого и других изделий.
Человек использует водоросли в пищу. Так, на Гавайских островах из 115 имеющихся там видов водорослей местное население употребляет в пищу около 60. Наибольшей известностью как лечебное и профилактическое средство пользуется «морская капуста» (некоторые виды бурой водоросли ламинарии и красной порфиры). Она применяется против желудочно-кишечных расстройств, при заболевании щитовидной железы, рахите и других болезнях. В сельском хозяйстве водоросли применяют как органические удобрения под некоторые растения и в качестве кормовой добавки в рационы домашних животных.
В пресноводных и морских водоемах широко распространены многоклеточные водоросли. Тело многоклеточных водорослей называется слоевищем. Отличительная черта слоевища — сходство строения клеток и отсутствие тканей и органов. Все клетки слоевища устроены почти одинаково, и все части тела выполняют одинаковые функции. Для обитания в воде водоросли имеют ряд характерных черт. Водоросли играют важную роль в биосфере и хозяйственной деятельности человека.