Строение и жизнедеятельность одноклеточных водорослей. Размножение водорослей. Нитчатые водоросли. Значение водорослей в природе и хозяйстве - Водоросли - РАСТЕНИЯ. БАКТЕРИИ. ГРИБЫ. ЛИШАЙНИКИ - ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЕГЭ

Водоросли обнаруживаются повсеместно во всех пригодных для жизни местообитаниях. В пресноводных водоемах водоросли чаще всего имеют микроскопические размеры, но в морях встречаются водоросли, достигающие десятков метров в длину. Обитают водоросли в водоемах любого типа, но некоторые приспособились к жизни на суше (в почве и на ее поверхности, на камнях и скалах, стволах деревьев и т. д.). Одни из них свободно (активно или пассивно) перемещаются в толще воды, другие ведут прикрепленный образ жизни.

Водоросли — это разнородная в таксономическом отношении группа организмов, которые возникли и эволюционировали независимо друг от друга. Водоросли — это фотосинтезирующие организмы, выделяющие кислород, которые обитают преимущественно в воде. Тело водорослей представлено талломом, или слоевищем, а не разделяется на многоклеточные вегетативные органы. Для водорослей характерны одноклеточные органы размножения (спороношения и полового размножения). В настоящее время эта группа объединяет примерно 35-40 тысяч видов.

По строению тела водоросли делятся на одноклеточные, колониальные и многоклеточные. Клетки многих водорослей по своему строению похожи на растительные, то есть у них имеются клеточная стенка, вакуоль с клеточным соком и хлоропласты, которые у водорослей называются хроматофорами. В хроматофорах находятся пигментные системы, в состав которых входят хлорофиллы и каротиноиды. Комбинации этих пигментов обусловливают окраску талломов водорослей. Некоторые водоросли утратили способность к фотосинтезу и полностью перешли на гетеротрофный тип питания.

Размножение у водорослей может происходить тремя способами: вегетативным (деление клетки пополам, фрагментами колоний и нитей, специализированными структурами), бесполым (подвижными зооспорами и неподвижными апланоспорами) и половым путем с участием гамет. Половой процесс у водорослей бывает трех типов: изогамия, при которой происходит слияние подвижных гамет одинаковых по размеру и форме; гетерогамия, при которой сливаются подвижные гаметы, имеющие одинаковую форму, но отличающиеся по размерам; оогамия, когда сливается неподвижная крупная женская гамета (яйцеклетка) с мелким подвижным сперматозоидом. Отдельным типом полового процесса является конъюгация. При конъюгации сливаются протопласты двух гаплоидных вегетативных клеток и образуется диплоидная зигота.

Строение и жизнедеятельность одноклеточных водорослей могут быть рассмотрены на примере хламидомонады и хлореллы.

Хламидомонада — зеленая водоросль, которая обитает в лужах и других мелких водоемах. По форме клетки эта водоросль напоминает каплю. Снаружи клетка хламидомонады покрыта клеточной стенкой, состоящей из пектина. Водоросль передвигается в воде с помощью двух одинаковых жгутиков, расположенных на переднем конце клетки. Большую часть клетки занимает чашевидный хроматофор. Ближе к переднему концу в нем расположен красный глазок, который воспринимает свет. В хроматофоре происходит процесс фотосинтеза и откладывается запасной полисахарид — крахмал. В цитоплазме клетки расположено ядро и две сократительные вакуоли. Вакуоль с клеточным соком у хламидомонады отсутствует. Размножение у хламидомонады бесполое и половое. Бесполое размножение осуществляется с помощью зооспор, которые формируются внутри материнской клетки. Чаще всего формируется 2-4-8 двужгутиковых зооспор, каждая из которых после выхода в воду дорастает до размеров взрослой особи. При половом размножении под оболочкой материнской клетки образуются двужгутиковые гаметы, которые попарно сливаются и образуют зиготу. Зигота покрывается толстой оболочкой и зимует. Весной ядро в ней мейотически делится, и в результате формируются четыре молодые гаплоидные хламидомонады. Таким образом, большая часть жизненного цикла хламидомонады протекает в гаплоидной стадии, диплоидной у нее является только зигота.

В пресных и соленых водоемах, а также в почве и на ее поверхности встречается одноклеточная зеленая водоросль хлорелла. Ее клетка имеет шаровидную форму, покрыта плотной целлюлозной оболочкой. В цитоплазме находится ядро и крупный чашевидный хроматофор. Хлорелла размножается только бесполым путем с помощью округлых неподвижных апланоспор. Хлорелла — удобный объект для научных исследований, с ее помощью активно изучаются многие процессы, происходящие в фотосинтезирующих клетках. Ее использовали на космических кораблях для регенерации воздуха и утилизации органических остатков в замкнутых системах жизнеобеспечения.

Представителями нитчатых водорослей являются улотрикс и спирогира.

Нитчатая зеленая водоросль улотрикс обитает преимущественно в пресных водоемах и образует зеленый налет на подводных предметах. К субстрату нить улотрикса прикрепляется с помощью одной бесцветной базальной клетки (ризоида). Нити улотрикса не ветвятся и состоят из коротких одинаковых клеток. В цитоплазме клетки расположено ядро и хроматофор в виде незамкнутого кольца. Большая часть клетки занята вакуолью с клеточным соком. Размножается улотрикс вегетативным, бесполым и половым путем. Четырехжгутиковые зооспоры формируются внутри клеток улотрикса, выходят в воду, плавают, затем прикрепляются к подводным предметам и начинают делиться, формируя новые нити. В результате первого деления образуются две разнокачественные клетки: одна бесцветная (ризоид), другая зеленая. При делении последней происходит нарастание нити тела водоросли. При половом размножении в клетках образуются двужгутиковые гаметы. Половой процесс изогамный. Выйдя из материнской клетки, гаметы сливаются в воде, образуя четырехжгутиковую зиготу, которая, проплавав определенное время, одевается оболочкой. После периода покоя в зиготе в результате мейотического деления формируются 4 гаплоидных зооспоры, которые после выхода в воду прорастают в новые нити. Таким образом, большую часть жизненного цикла улотрикс проводит в гаплоидном состоянии, диплоидна у него только зигота.

Другая широко распространенная зеленая нитчатая водоросль — спирогира образует скопления зеленой тины в пресных водоемах. Нити ее не ветвятся, состоят из крупных цилиндрических клеток, одетых целлюлозной оболочкой и слизью. В центре клетки распложена крупная вакуоль с клеточным соком, в которой на цитоплазматических нитях подвешено ядро. Хроматофор спирально закрученный. В одной клетке могут быть несколько хроматофоров. Размножается спирогира вегетативным (при разрывах нитей) и половым способом. Половой процесс у спирогиры протекает по типу конъюгации. При этом сливается содержимое вегетативных клеток двух рядом расположенных нитей. Образующаяся диплоидная зигота одевается оболочками и превращается в зимующую стадию. Весной ядро претерпевает мейотическое деление, три гаплоидных ядра отмирают, и вырастает только одна новая гаплоидная нить спирогиры.

Водоросли, которые обитают в морях, могут быть одноклеточными, колониальными и многоклеточными. Наиболее крупные талломы имеют бурые, красные и зеленые водоросли. Бурые водоросли являются многоклеточными организмами с желто-бурой окраской, которая обусловлена наличием большого количества желтых и бурых пигментов. Наиболее густые заросли бурые водоросли образуют до глубины 15 м, хотя могут заходить и до глубины 40-100 м. В северных и умеренных широтах произрастает одна из самых распространенных бурых водорослей — ламинария, или морская капуста, таллом которой может достигать в длину 20 м. В ее талломе содержится много аминокислоты метионина, йода, углеводов, минеральных веществ и витаминов, по содержанию которых она может превосходить многие овощи и кормовые травы. В жизненном цикле ламинарии происходит чередование бесполого и полового поколений. Эту водоросль культивируют в северных морях России и странах Юго-Восточной Азии.

Красные водоросли, или багрянки, в основном обитают в морях. Они называются так из-за окраски таллома, которая меняется в зависимости от соотношения пигментов от темно-малинового, розового до голубовато-зеленого или желтого цвета. Наличие красного пигмента позволяет красным водорослям обитать на больших глубинах (до 200 м). Это самые глубоководные водоросли. Их многоклеточные слоевища имеют вид красивых сложнорассеченных пластинок, иногда кустиков, напоминающих кораллы, но некоторые представители могут состоять из единственной клетки или образовывать колонии. В состав клеточной стенки красных водорослей помимо целлюлозы входит агар. Многие багрянки съедобны.

Значение водорослей в природе и хозяйстве многообразно. Водоросли способны синтезировать органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза. В водных экосистемах они чаще всего выполняют роль продуцентов, то есть несут ту же функцию, что и зеленые растения на суше. Это начальное звено в цепях питания.

В процессе фотосинтеза они выделяют большое количество кислорода. Кислород растворяется в воде и используется для дыхания другими организмами.

Заросли водорослей служат местом обитания, укрытия и размножения многих животных, то есть водоросли формируют разнообразные водные биотопы.

При наступлении благоприятных внешних условий некоторые водоросли способны массово размножаться и вызывать цветение воды. Зеленое цветение воды в канавах, лужах и ямах чаще всего обусловлено размножением эвгленовых водорослей. Большой урон рыболовству наносят красные приливы — цветение морей, вызванное рядом микроскопических одноклеточных водорослей (отсюда название — Красное море). Водоросли, вызывающие «красные приливы», выделяют вещества, токсичные для животных и человека.

Почвенные водоросли участвуют в формировании структуры почвы, обеспечивают частично ее плодородие, насыщают почву кислородом, принимают участие в формировании ряда горных и осадочных пород.

Водоросли вступают в различные отношения с другими организмами, например, являются внутриклеточными симбионтами некоторых беспозвоночных (простейших, губок, кишечнополостных). С грибами входят в состав лишайников — особый тип симбиотических организмов. Встречаются и водоросли-паразиты, в разной степени зависящие в своем питании от хозяина. Водоросли могут паразитировать на других водорослях, на высших растениях, на беспозвоночных животных.

Водоросли широко употребляют в пищу (виды рода порфира, ламинария). Ряд видов успешно культивируют.

Красные водоросли используют для получения агара. Он обладает желирующими свойствами и используется для изготовления желе, пастилы, суфле, ряда конфет и других продуктов, а в микробиологии для приготовления сред, на которых выращиваются микроорганизмы.

Бурые водоросли — единственный источник получения альгинатов — соединений альгиновой кислоты, которые используют в пищевой промышленности.

Ряд водорослей (ламинарии, фукусы, аскофиллум) идет на корм скоту и получение удобрений.

Водоросли применяются в медицине при лечении ряда заболеваний. В последние годы препараты из водорослей применяют для выведения радионуклидов.

Некоторые водоросли используют в качестве индикаторных организмов для определения степени загрязнения водоемов. Используют их и для очистки сточных вод.

Многие водоросли служат хорошими модельными объектами для научных исследований.