Водоросли

Водоросли (лат. Algae) - гетерогенная группа, охватывающая несколько разных групп относительно простых по структуре живых организмов, которые получают необходимую для жизнедеятельности энергию через фотосинтез, обитающих преимущественно в водной среде или вторично приспособились к проживанию в почве и других наземных мисцезростаннях. Водоросли традиционно рассматривались как низшие растения и действительно, некоторые из них близко связаны с высшими растениями (Зеленые водоросли). Однако, другие представляют разные группы простейших, наряду с теми, которые традиционно считались подобными животных (например, Apicomplexa). Возникли исторически в разное время, и вероятно, от различных предковых форм (полифилетично), различные группы водорослей развивались самостоятельно и лишь в результате эволюционных процессов приобрели много сходных черт.

Наука о водорослях называется альгологии.

Общие сведения

Водоросли - группа организмов полифилетичного происхождения, объединяющие под следующими признаками: наличие фотосинтетических пигментов, определяющих их разнообразную окраску и способность к оксигенного фотосинтеза. Кроме того, к водорослям добавляют некоторые бесцветные организмы, вторично утратили фотосинтетические пигменты (теория ендосимбиозу) и способность к фототрофных питания, однако имеют с водорослями близкое генетическое родство. Некоторые водоросли способны к гетеротрофии, как осмотрофно (поверхностью клетки), так и путем активного захвата пищи (некоторые евгленови, динофитови). Размеры водорослей колеблются от микрона (большинство одноклеточных водорослей) до 40 м (Бурые водоросли). Талом - вегетативное тело водорослей, может быть как одно-так и многоклеточным. Среди многоклеточных есть и одноклеточные (например, спорофит бурых водорослей). Среди одноклеточных есть колониальные формы - определенная четное количество клеток, которые соединены между собой через плазмодесмы или окружены всеобщим слизью.

Среди водорослей на сегодня описано более 60 тыс. видов, вместе с тем ожидаемое многообразие по оценкам разных авторов находится в пределах 500 тыс. - 10 млн. видов. Объединяют водоросли в разное количество видов. Но во всех системах один отдел - синезеленые водоросли (цианобактерии) - относится к прокариот, остальные - до эукариот.

Цитология

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

К цитологических признаков, являются систематическими признаками на уровне отделов относятся следующие признаки:

признаки, отражающие родство таксонов за клеткой-хозяином (покровы, ядерный аппарат);
система микротрубочкових органелл (Базальное аппарат и веретено деления);
фотосинтетический аппарат;
митохондриальный аппарат.
Морфологическая структура

Прежде разнообразие водорослей прослеживается во внешнем виде. Они могут иметь совершенно простое строение и совсем незначительные размеры, или наоборот, огромные размеры и тканевую строение. Так называемые планы строения водорослей, имеющих важную диагностическую признак, называют типами морфологической структуры. Разные авторы выделяют разное количество таких типов:

монадной
гемимонадний
кокоидний
нитчатый (трихальний)
ризнонитчатий (гетеротрихальний)
тканевый
сифональний
сифонокладальний
Размножение и циклы развития

Размножение у водорослей происходит двумя путями: половым и неполовым. Соответственно при неполовое размножение дочерние особи наследуют такой геном, является идентичным к родительскому генома, за исключением мутационных процессов. При половом размножении дочерние геномы отличаются от родительских, так как образование нового поколения предшествует процесс кроссинговера.

Неполовое размножение водорослей условно можно разделить на два типа:

споруляции размножения с помощью специализированных клеток (спор)
вегетативное (частью талом)
Споруляции

Размножения с помощью специализированных клеток - спор - проходит путем деления протопласта клетки (спорангии) на части с последующим выходом продуктов деления из оболочки родительской клетки. Спорангии зачастую не отличаются от обычных вегетативных клеток, но иногда возникают как их вырасти, выполняя лишь функцию образования спор. Споры бывают шаровидные, эллипсоидными, яйцевидными, тетраэдрических, покрытыми клеточной оболочкой или же без нее. Количество спор может колебаться от одной (например, в роду Oedogonium) до нескольких сотен (в зеленых Chlorophyta и бурых Phaeophyta водорослей). Согласно способности к активному движению споры разделяют на подвижные с жгутиками (зооспоры), неподвижные с клеточными покровами (гемизооспоры), апланоспоры и автоспоры и малоподвижны амебоидни, лишенные жгутиков (моноспоры, диспоры и тетраспоры). Синезеленые (Cyanophyta) имеют два типа спор: эндоспоры, образовались внутри спорангии результате дробления его содержимого, и экзоспоры, возникающие как вырост протопласта на верхушке клеток.

Вегетативное размножение

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

Половое размножение

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

Систематика

Происхождение, филогения и эволюция

Место водорослей в современной системе органического мира есть у обеих Надцарство органического мира: Procaryota и Eucaryota. Вопрос о происхождении водорослей долгое время был дискуссионным, собственно, как и вопрос о происхождении эукариот. В настоящее время общепризнанной теорией является синтетическая гипотеза происхождения эукариот. Эта гипотеза объединяет представления о автогенетичного происхождения клетки (путем дарвиновской эволюции) и симбиогенеза гипотезу (возникновение евкариотичнои клетки путем серии ендосимбиозив между различными организмами). Так, было доказано автогенетичне происхождения ядра и одномембранних органелл и симбиогенеза происхождения пластид и митохондрий. Возникновение различных групп водорослей происходило, очевидно, разными путями, о чем свидетельствуют результаты молекулярно-генетических, морфологических и биохимических исследований.

Значение в природе

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

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

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

Экология

Можно выделить следующие основные группировки водорослей:

Планктонные водоросли (фитопланктон)


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

Нейстонные водоросли

Обитают в поверхностной пленке воды и не является планктонными организмами. Некоторые нейстонные организмы находятся на поверхностной пленке натяжения (епинейстон), другие - под ней (гипонейстон). В некоторых случаях нейстонные организмы развиваются в таких количествах, покрывающих воду сплошной пленкой и имеют решающее значение в дальнейшей судьбе водоема.

Бентосные водоросли (фитобентос)

Развитие водорослей в конкретном мисцезростання обусловленный как абиотических, так и биотическими факторами. Отдельные виды бентосных водорослей растут на разной глубине и в различных гидрохимических и гидрологических условиях на дне водоема в свободном или прикрепленном состоянии. Условно различают следующие экологические группы бентосных организмов: епилиты (на твердом субстрате) и епипелиты (на мягком субстрате), эпифиты (на поверхности растений), ендолиты (в известняковых отложениях), а также паразитические и симбиогенеза формы. В континентальных водоемах среди бентосных водорослей преобладают диатомовые, зеленые, синезеленые и жовтозелени водоросли, тогда как основными жителями океанов и морей являются бурые и красные водоросли.

Перифитонни водоросли

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

Наземные водоросли и лишайники

Проживающих за водоемами. На протяжении почти всей жизни окружены воздухом, поэтому их еще называют аерофитнимы. Поселяются на стволах деревьев, кустов и кустиков, скалах и камнях. Имеют приспособления к выживанию в наземном среде, живут в симбиотических ассоциациях с микобиоты (лишайники).

Грунтовые

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

Водоросли горячих вод

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

Водоросли соленых водоемов


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

Водоросли известняковых отложений

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

Сожительство с другими организмами

Так как водоросли являются повсеместно распространенными организмами, поэтому вступают в различные формы взаимоотношений с другими организмами. Кроме взаимодействий водорослей с растениями, грибами (лишайники) и собственно водорослями, они живут и на животных. Например, есть симбионты, которые живут в клетках других организмов, в частности беспозвоночных. Так, зеленая водоросль рода Хлорелла (Chlorella) поселяется в вакуолях инфузории Paramecium bursaria. Интересное экологическое группировки составляют епизоиты, обитающих на ракообразных, коловратки и др. Паразитические водоросли, обитающие в кишечниках червей, нематод, амфибий, известные среди евгленофитових и динофитових водорослей.

Применения в жизни человека

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

Xарчова


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

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

Фармацевтическая

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

Техническая

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

Научно-исследовательская

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