Водоросли - планктонные и бентосные, наземные и почвенные - играют большое значение в природе и жизни человека. Вместе с другими водными растениями они вырабатывают около 80% всей массы органических веществ, образующихся на Земле. Среди них наиболее продуктивны планктонные благодаря своей способности быстро размножаться.
Наземные водоросли часто выступают в роли пионеров растительности, поселяясь на бесплодных участках суши: скалах и песках. В симбиозе с грибами водоросли образуют своеобразные организмы - лишайники.
Водоросли - одни из древнейших организмов, населяющих нашу планету. От них произошли наземные растения. Обогатив атмосферу кислородом, они обусловили возможность существования разнообразного мира животных и способствовали развитию аэробных бактерий.
Благодаря деятельности водорослей в атмосфере появился озоновый экран, защищающий Землю от радиационного излучения. Органические вещества, создаваемые водорослями в процессе фотосинтеза, стали пищей бактерий и животных, в частности, рыб.
Водоросли принимают участие в круговороте веществ в природе, в улучшении газового режима водоемов и в образовании отложений сапропеля (органического ила).
Заросли крупных водорослей служат для укрытия и размножения многих прибрежных животных и мелких водорослей.
Из водорослей образовались мощные толщи горных пород:
- В меловых породах 95% обломков оболочек некоторых золотистых водорослей;
- диатомиты на 50-80% состоят из панцирей диатомовых водорослей.
Значительная роль водорослей в формировании рифов в морях и океанах. Так, в рифах островов Фиджи в Тихом океане водорослей почти в 3 раза больше, чем кораллов.
Значение водорослей в жизни человека
Водоросли находят широкое применение в жизни человека. Многие из них человек издавна использовал в пищу (ламинария, порфира), на корм скоту, в качестве удобрений.
Диатомиты находят применение в пищевой, химической, фармацевтической промышленностях, строительстве.
Бурые водоросли являются сырьем для получения альгинатов (солей альгиновой кислоты), которые применяются в самых различных отраслях. Так, альгинат натрия дает клей, который используется в текстильном производстве, для проклеивания бумаги, скрепления цемента. Пленки из альгината натрия, нанесенные на бетонные сооружения, металлы, станки, древесину, защищают их от коррозии, гниения, разрушения.
Из красных водорослей (филофора) получают агар, используемый в микробиологии и кондитерской промышленности. Из зеленых (кладофора, ризоклониум) делают бумагу.
Некоторые виды водорослей обладают целебными свойствами и применяются в медицине (ламинарии, лечебные грязи с синезелеными водорослями, получение йода).
Многие водоросли являются биоиндикаторами при санитарно-биологической оценке вод либо выполняют функцию активных санитаров загрязненных водоемов.
В ряде стран водоросли выращивают в искусственных водоемах для индустриального производства органического вещества.
Вместе с тем водоросли могут играть и отрицательную роль. Так, при массовом размножении в водоемах они вызывают «цветение» воды, приводя ее в негодность, загрязняют насосные станции и водопроводы, некоторые виды обрастают днища судов, буи, ухудшая их эксплуатацию.
Поглощают углекис-лый газ и выделяют кислород, создавая питательные ве-щества для водных животных. Водоросли используются человеком в пищевой, фармацевтической и парфюмерной промышленности.
Водоросли имеют большое значе-ние в биосфере. Это-му способствует их повсеместное распространение. Благода-ря способности к фотосинтезу они создают в водоемах огром-ное количество органических веществ, которые используются водными животными. Иными словами, водоросли являются кормильцами водных животных. Водоросли являются источ-ником кислорода. Поглощая из воды углекислый газ, водо-росли насыщают ее кислородом, необходимым для всех жи-вых организмов .
Многие водоросли (эвглена, хламидомонада и др.) натянут-ся активными санитарами загрязненных водоемов, в том чис-ле хозяйственных и бытовых стоков городской канализации.
В геологическом прошлом Земли водоросли играли важ-ную роль в образовании меловых пород, известняков, рифов, особых разновидностей угля, были родоначальниками расте-ний, заселивших сушу.
Водоросли чрезвычайно широко используются в различ-ных областях хозяйственной деятельности человека, в том числе в пищевой, фармацевтической и парфюмерной про-мышленности.
Большое значение в природе и хозяйственной деятельно-сти человека имеет хлорелла. Быстрое размножение и высо-кая интенсивность фотосинтеза (примерно в 3-5 раз выше, чем у растений) приводят к тому, что за сутки масса хлорел-лы увеличивается более чем в 10 раз. При этом в клетках на-капливаются белки (до 50% сухой массы клетки), сахара, жиры, витамины и др. В специальных установках хлореллу выращивают в промышленных масштабах (рис. 40).
Способность хлореллы в процессе фотосинтеза интен-сивно поглощать углекислый газ и выделять кислород дела-ет возможным ее использова-ние для восстановления возду-ха в замкнутых пространствах, например на космических стан-циях и подводных лодках.
Водоросли служат сырьем для получения ценных органи-ческих веществ: спиртов, лаков, органических кислот, йода. Из водорослей получают также особые вещества, на основе которых изготавливают высококачественный клей. Эти ве-щества используются в текстильной и бумажной промыш-ленности для придания бумаге плотности и глянца.
Из морских водорослей получают агар-агар. Он приме-няется в качестве плотной среды, на которой с добавлени-ем определенных питательных веществ выращивают грибы , бактерии . В больших количествах агар-агар используют в пи-щевой промышленности при изготовлении мармелада, пасти-лы, мороженого и других продуктов.
Человек использует водоросли в пищу. Наибольшей извест-ностью как питательное, лечебное и профилактическое сред-ство пользуется ламинария. Она известна под названием мор-ская капуста (рис. 41). Морскую капусту применяют для лече-ния желудочно-кишечных рас-стройств, при заболеваниях щи-товидной железы, рахите и др. Материал с сайта
Ламинария идет на корм ско-ту как пищевая добавка, содер-жащая многие химические эле-менты, в том числе большое количество йода. Поэтому она ис-пользуется для получения йода и углеводов, применяемых также в пищевой, медицинской и микро-биологической промышленности.
В сельском хозяйстве водо-росли применяются как орга-нические удобрения под неко-торые растения (рис. 42).
Водоросли могут приносить вред хозяйственной деятельно-сти человека. Чрезмерное их размножение в мелиорацион-ных каналах и рыборазводных прудах может приводить к цветению воды, замору рыбы, гибели других водных орга-низмов, затрудняет отлов рыбы. Обильное размножение во-дорослей мешает проходу судов в судоходных водоемах. Поэтому каналы и водоемы приходится периодически очи-щать от водорослей.
). Они встречаются повсюду: в морях и океанах, в пресных водоёмах, на влажной почве и на коре деревьев.
Рис. 1. Представители подцарства: Водоросли (Algae) Среди водорослей встречаются одноклеточные, многоклеточные ( ) и колониальные организмы. Клетки некоторых водорослей содержат много ядер, другие не содержат межклеточных перегородок. Клеточные оболочки состоят, как правило, из целлюлозы. Клетки (похожие на растительные) могут соединяться торцами, образуя цепочки или нити, иногда ветвистые. Проводящая система и корни отсутствуют; неподвижные формы прикрепляются ко дну разветвлёнными выростами – ризоидами . Размеры водорослей изменяются от долей микрона (кокколитофориды и некоторые диатомеи ) до гигантских как например макроцистис достигающий до 40 метров в длину.
Рис. 2. Строение многоклеточных водорослей. Слева клетка нитчатой спирогиры, справа – фукус пузырчатый Многие одиночные и колониальные водоросли способны к движению. Некоторые из водорослей для передвижения используют 1 или 2 жгутика ( ). Другие ползают, как амёбы, то сжимая, то растягивая части своего тела. Движение третьих обусловлено токами воды, создаваемыми цитоплазмой.
Водоросли по способу питания являются автотрофами и содержат зелёный пигмент хлорофилл, но некоторые из них способны к гетеротрофии (питанию готовой органикой), как осмотрофной (поверхностью клетки), напр. Жгутиконосцы, так и путём заглатывания через клеточный рот (эвгленовые, динофитовые). Водоросли бывают не только зелёного цвета: среди них можно найти экземпляры бурых, красных, жёлтых и многих других тонов. Пигмент находится в клетке водоросли в специальной органелле ленточной или звёздчатой формы, называемой хроматофором.
Водоросли не образуют цветков и семян; большинство из них размножаются спорами . Споры и гаметы образуются либо в обычных клетках, либо в специальных органах – гаметангиях (мужские – в антеридиях, женские в оогониях или архегониях); у некоторых из них споры и гаметы обладают жгутиками. Половые процессы самые разнообразные: это изогамия (мужская и женская гаметы одинаковы), анизогамия (обе гаметы подвижны, но различаются по размерам) либо оогамия (женская гамета неподвижна и значительно крупнее, чем мужская). Зигота развивается сразу или после некоторого периода покоя. У примитивных водорослей и споры, и гаметы даёт одна и та же особь; у более высокоразвитых функции полового и бесполого размножения выполняют разные особи – спорофиты и гаметофиты . Последние могут прорастать одновременно и в одинаковых условиях, в разных местах либо в разные сезоны. У высших водорослей происходит чередование поколений; при этом либо гаметофит прорастает на спорофите, либо наоборот. Помимо этого распространено бесполое размножение – делением надвое (одноклеточные водоросли), либо вегетативно – частями слоевища или почками.
Рис. 3. Строение одноклеточных водорослей. Слева эвглена зелёная, справа – хламидомонада
Водоросли – преимущественно водные существа, обитающие как в морской, так и в пресной воде. Мелкие свободноплавающие водоросли входят в состав планктона
; другие прикрепляются ко дну, иногда образуя целые заросли. Большинство из них обитает на глубине до 40 м; при хорошей прозрачности воды их можно встретить и на глубине до 200 м. В стоячих водоёмах, хорошо прогреваемых солнцем, наблюдается цветение воды. Водоросли живут в почве, на деревьях и скалах. Некоторые зелёные водоросли симбиотируют с грибами, образуя лишайники.
Водоросли являются главным источник органики на Земле (более 80 % от общей биомассы, создающейся в год); с них начинаются практически все водные экологические цепи. Они выделяют в атмосферу более половины всего количества кислорода, освобождаемого растениями в год и являются основной пищей для многих морских животных; некоторые употребляются в пищу человеком. В прибрежных районах водоросли идут на удобрения и корм скоту.
Водоросли являются также одними из самых долгоживущих обитателями, нак например найденная у Алеутских берегов водоросль Clathromorphum compactum была возрастом около 800 лет.
2. Происхождение представителей подцарства Водоросли (Algae)
В следствие отсутствия у большинства водорослей твердых частей изучение их эволюции затруднено и многое из их происхождения до конца еще не ясно. Ископаемые формы основных групп водорослей известны с палеозоя . Косвенное доказательство их существования – наличие морских животных, которые должны были питаться органикой. Крупных колебаний численности и видового разнообразия у водорослей, по-видимому, не было. Предполагается существование в докембрии минимум трех групп фото-трофных прокариот, использовавших в качестве донора электронов воду:
- Цианобактерии, содержащие, как и хлоропласты, хлорофилл А и выделяющие при фотосинтезе кислород.
- Зеленые прокариоты, обладающие хлорофиллом Б. Предполагается, что они дали начало пластидам зеленых водорослей и эвгленовых.
- Желтые прокариоты, обладавшие хлорофиллом С, дали начало пластидам дино-флагеллат, золотистых, диатомовых, бурых водорослей.
Рис. 4. Подводный мир архея и раннего протерозоя
Возникновение эукариотических водорослей представляют как результат ряда эндосимбиозов между прокариотами. Пластиды зеленых и красных водорослей появились в результате симбиоза фаготрофных эукариот и фототрофных прокариот. Поэтому их пластиды имеют внутреннюю оболочку (прокариотическую клеточную мембрану) и внешнюю (мембрану вакуоли).
Зеленые и красные водоросли появились около 3 млрд. лет назад ( ). Первоночально появились одноклеточные , а затем - колониальные водоросли. Около миллиарда лет назад появились многоклеточные водоросли. Среди зеленых водорослей сохранились формы, ряд которых дает представление об усложнении организации при возникновении многоклеточности у растений: хламидомонада (1-клеточная), гониум (4-клеточная), стефаносфера (8-клеточная), пандорина (16-клеточная), эудорина (32-клеточная), вольвокс (40 тыс. клеток соматических и генеративных).
Основные черты эволюции водорослей:
3. Систематика водорослей
В настоящее время известно более 100 тысяч видов водорослей . Сине-зелёные водоросли относятся к прокариотам. Скорее всего, они не являются предками настоящих водорослей, однако, возможно, вошли в растительную клетку в качестве симбионтов, превратившись в хлоропласты . Остальные водоросли разделяются на десять отделов . Разделение водорослей на группы в основном совпадает с характером их окраски, что, в свою очередь, связано с набором пигментов, а также основано на общих особенностях строения. При таком подходе выделяется 10 групп водорослей: синезеленые (Cyanophita ), пирофитовые (Pyrrophyta ), золотистые (Chrysophyta ), диатомовые (Bacillariophyta ), желто-зеленые (Xanthophyta ), бурые (Phaeophyta ), , красные (Rhodophyta ), эвгленовые (Euglenophyta ), зеленые (Chlorophyta ) и харовые (Charophyta ).
4. Цитология
Как упомяналось выше, клетки водорослей - вполне типичные для ( , ). Очень похожи на клетки (мхов, плаунов, папоротникообразных, голосеменных и цветковых). Основные отличия - на биохимическом уровне (различные фотосинтезирующие и маскирующие пигменты, запасающие вещества, основы клеточной стенки и т. д.) и в цитокинезе (процессе деления клетки).
Фотосинтезирующие (и «маскирующие» их) пигменты находятся в особых пластидах - хлоропластах . Хлоропласт имеет две (красные, зелёные, харовые водоросли), три (эвглены, динофлагелляты) или четыре (охрофитовые водоросли) мембраны. Также он имеет собственный сильно редуцированный генетический аппарат, что позволяет предположить его симбиогенез (происхождение от захваченной прокариоты). Внутренняя мембрана выпячивается внутрь, образуя складки - тилакоиды , собранные в стопки - ламеллы : монотилакоидные у красных и синезелёных, двух- и больше у зелёных и харовых, трёхтилакоидные у остальных. На тилакоидах, собственно, и расположены пигменты. Хлоропласты у водорослей имеют различную форму (мелкие дисковидные, спиралевидные, чашевидные, звёздчатые и т. д.).
Рис. 5. Своеобразный «остров» из бурых водорослей в Саргассовом море
У многих в хлоропласте имеются плотные образования - пиреноиды
.
Продукты фотосинтеза, в данный момент излишние, сохраняются в форме различных запасных веществ: крахмала , гликогена , других полисахаридов , липидов . Запасание липидов больше свойственно морским формам (особенно планктонным диатомовым, которые за счёт масла держатся на плаву со своим тяжёлым панцирем), а запасание полисахаридов (включая крахмал и гликоген) больше свойственно пресноводным.
Клетки водорослей (за исключением амёбоидного типа) покрыты клеточной стенкой и/или клеточной оболочкой. Стенка находится снаружи мембраны клетки, обычно содержит структурный компонент (например, целлюлозу) и аморфный матрикс (например, пектиновые или агаровые вещества); также в ней могут быть дополнительные слои (например, спорополлениновый слой у хлореллы). Клеточная оболочка представляет собой или внешний кремнийорганический панцирь (у диатомей и некоторых других охрофитовых), или уплотнённый верхний слой цитоплазмы (плазмалемму), в котором могут быть дополнительные структуры, например, пузырьки, пустые или с целлюлозными пластинками (своеобразный панцирь, тека , у динофлагеллятов). Если клеточная оболочка пластичная, клетка может быть способна к так называемому метаболическому движению - скольжению за счёт небольшого изменения формы тела.
4. Экологические группы водорослей
5. Роль водорослей в природе и жизни человека
Роль в биогеоценозах
Водоросли - главные производители органических веществ в водной среде. Около 80 % всех органических веществ, ежегодно создающихся на земле, приходится на долю водорослей и других водных растений. Водоросли прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных. Известны горные породы (диатомиты, горючие сланцы, часть известняков), возникшие в результате жизнедеятельности водорослей в прошлые геологические эпохи. Водоросли участвуют в образовании лечебных грязей.
Пищевое применение
Рис. 7. Заросли ламинарии или морской капусты
Некоторые, в основном морские, употребляются в пищу (морская капуста ( ), порфира, ульва). В приморских районах водоросли идут на корм скоту и удобрение. В ряде стран водоросли культивируют для получения большого количества биомассы, идущей на корм скоту и используемой в пищевой промышленности.
Съедобные водоросли - богаты минеральными веществами, особенно йодом, продукт - используется в восточноазиатских кухнях. Одно из самых популярных блюд с водорослями - суши.
Водоочистка
Многие водоросли - важный компонент процесса биологической очистки сточных вод. Если любые из них поместить в реку или в любую другую воду, то в скором времени она станет чистейшей.
Биотестирование
Водоросли являются одним из наиболее широко применяемых биообъектов при биотестировании химических веществ и образцов природных и загрязненных вод.
В фармацевтической промышленности
Из водорослей получают: студне- и слизеобразующие вещества - агар-агар (анфельция, гелидиум), агароиды (филлофора, грацилярия), карраген (хондрус, гигартина, фурцелярия), альгинаты (ламинариевые и фукусовые), кормовую муку, содержащую микроэлементы и иод.
Химическая промышленность
Рис. 8. Хлорелла
Человек использует морские водоросли в химической промышленности. Из них получают калийные соли, целлюлозу, спирт, уксусную кислоту.
Биотопливо
Из-за высокой скорости размножения водоросли нашли применение для получения биомассы на топливо.
В исследовательских работах
Водоросли широко применяют в экспериментальных исследованиях для решения проблем фотосинтеза и выяснения роли ядра и других компонентов клетки.
Экодом
Предпринимаются попытки использовать некоторые быстро размножающиеся и неприхотливые водоросли (например, хлореллу ( ), которая быстро и в большом количестве синтезирует белки, жиры, углеводы, витамины и достаточно полно поглощает вещества, выделяемые человеком и животными) для создания круговорота веществ в обитаемых отсеках космического корабля.
Водоросли представляют собой весьма обширную и неоднородную группу низших растений. Кроме того, они самые многочисленные на планете фотосинтезирующие организмы, которые весьма важны для нашей природы. Встретить водоросли можно повсюду. Обитают эти организмы в океанах, пресных водоемах и морях, а также на древесной коре и влажной почве.
Классификация
На сегодняшний день наука систематизировала более ста тысяч различных видов водорослей. Они, в свою очередь, подразделяются на десять групп в зависимости от характера окраски:
Сине-зеленые;
Золотистые;
Пирофитовые;
Желто-зеленые;
Диатомовые;
Красные;
Зеленые;
Эвгленовые;
Харовые.
Значение в биогеоценозах
Водоросли в водной среде являются основными производителями органических веществ. Они не только прямо, но и косвенно служат основным источником питания всех Известны некоторые горные породы (горючие сланцы, диатомиты и известняки), которые появились в прошлых геологических этапах в результате жизненного цикла этих фотосинтезирующих организмов.
Роль в природе
Для жизни на нашей планете морские растения являются просто необходимыми. Прежде всего, значение водорослей в природе обусловлено тем, что они являются пищей для многих организмов. Этими растениями питаются ракообразные и моллюски, рыбы и т.д.
Велико значение водорослей в природе и в качестве источника образования кислорода. На их долю приходится от тридцати до пятидесяти процентов этого ценного вещества, которое выделяется растительным миром нашей планеты.
Так же, как и наземная флора, избавляют атмосферу от проблемы избыточного объема углекислого газа. Порой их становится так много, что вода приобретает разнообразные цвета.
Водоросли великолепно адаптируются к самым различным условиям. Эти растения могут жить в дождевой воде, где количество солей минимально. Средой их обитания становятся и скалистые раскаленные поверхности, и водоемы высокогорных ледников. Обнаружить водоросли можно и в верхних почвенных слоях, куда с трудом проникает солнечный свет. Эти растения способны заселить безжизненные скалистые и почвенные субстраты. Значение водорослей в природе таких зон крайне велико. Эти уникальные растения создают условия для того, чтобы почвы были плодородными.
Значение водорослей в природе велико и для осуществления круговорота веществ. В первую очередь ими питаются ракообразные, которых позже поедают рыбы.
Красные водоросли
Практически все представители этих растений обитают в морях. Красные водоросли обладают значительной длиной, которая может достигать двух метров. Помимо хлорофилла у представителей этих видов морских растений в клеточках содержатся разнообразные пигменты. Их цвет и влияет на окраску самих водорослей. Как правило, пигменты у таких водорослей красные. Однако возможны розовые, синеватые и другие цвета.
Которые называют еще и багрянками, обладают хрупким и нежным телом. Окраска данных растений, от ярко-красного до практически черного, придает подводному царству несравненную красоту.
Практическое применение
Значение красных водорослей для человека весьма велико. Одну из разновидностей этих растений - хондрус, которая обитает в Северном море, - используют в качестве лекарства для излечения заболеваний дыхательных путей. Из красных водорослей добывается агар-агар, применяемый в кондитерском деле. Багрянки необходимы и микробиологам. В лабораторных условиях их используют для того, чтобы получить микробов.
Бурые водоросли
Этот вид для прибрежных зон является одним из самых основных источников получения органических веществ. Особенно это характерно для морей приполярных и умеренных поясов. В этих районах биомасса водорослей на один квадратный метр может достигать нескольких десятков килограмм.
Настоящие заросли образуют бурые водоросли. Значение этих «морских лесов» очень велико. Они являются не только укрытием, но и местом питания, а также размножения многих прибрежных животных. Помимо этого, бурые водоросли создают великолепные условия для того, чтобы в зоне их распространения размножались другие микро- и макроскопические водоросли.
Удивительные растения являются единственным в мире источником производства солей альгиновой кислоты - альгинатов. Это вещество способно впитать в себя до трехсот весовых единиц жидкости, в результате чего будет получен вязкий раствор. Эта способность позволяет использовать бурые водоросли в пищевой промышленности. Альгинаты, получаемые из них, добавляют в мороженое, консервы и фруктовые соки. К тому же данное вещество повышает при печатании качество книг, а также служит для придания стойкости цвета окрашиваемым тканям.
Альгинаты, производимые из бурых водорослей, нужны при производстве синтетических волокон и пластмасс. Они придают строительным материалам и лакокрасочным покрытиям стойкость к атмосферным воздействиям. Находят применение альгинаты и в качестве сырья при производстве высококачественных смазочных материалов для машин, растворимых хирургических нитей, паст и мазей в парфюмерной и фармацевтической промышленности. Издавна бурые водоросли употребляются в пищу. Особенно они почитаются в кулинарии народов Азиатских стран.
Зеленые водоросли
Этот вид водных растений имеет широкое распространение по всей нашей планете. Большинство зеленых водорослей встречается в пресных водоемах, но существует и немалое количество их морских форм. Есть такие виды этих растений, которые приспособились к наземному обитанию и к жизни в слоях почвы. Встретить зеленые водоросли можно и на скалах, на коре деревьев, а также на различных постройках. Обширные зоны развития этих растений способствуют «цветению» воды, снега, почвы, а также коры деревьев.
Велико значение зеленых водорослей в природе. Прежде всего это источник кислорода. Немаловажна роль этих растений и в очистке водоемов. Значение водорослей зеленого цвета сложно переоценить. Они перерабатывают углекислоту и которые растворены в воде, а также принимают участие в процессе синтеза органических веществ.
В настоящее время из этих представителей водной флоры получают различные питательные продукты. Используют их и в медицинских целях. Из зеленых водорослей выделяют особое вещество - хлореллин, который подавляет распространение в организме целого ряда патогенных бактерий. Не обошла вниманием эти растения и народная медицина. Зеленые типа применяются в болеутоляющих компрессах.
