Водоросли. Строение и жизнедеятельность водорослей в связи с преимущественно водным образом жизни

Водоросли отличаются значительным морфологическим разнообразием. Они бывают одноклеточными, колониальными и многоклеточными (нитчатыми, разнонитчатыми, пластинчатыми и др.).

Размеры водорослей в пределах каждой из этих форм отличаются широким диапазоном - от микроскопических до нескольких десятков метров (некоторые бурые). Например, бурая водоросль макроцистис грушеносный вырастает за день на 45 см и достигает длины 160 м.

Организация клеток у водорослей практически не отличается от таковой у высших растений. Клеточная стенка состоит из целлюлозы и пектиновых веществ. В цитоплазме из органелл особенно заметны хроматофоры, которые, в отличие от хлоропластов высших растений, разнообразны по строению, форме, числу, местоположению в клетке и набору пигментов.

В хроматофорах, имеющих пластинчатую, цилиндрическую, лентовидную, дисковидную и др. формы, сосредоточены фотосинтезирующие пигменты: хлорофиллы и каротиноиды (каротины и ксантофиллы), а у красных- и фикобилины (фикоцианин, фикоэритрин, аллофикоцианин) и др. В матриксе хроматофоров находятся рибосомы, ДНК, РНК, липидные гранулы и особые включения - пиреноиды, которых нет в клетках высших растений. Установлено, что пиреноиды являются не только местом скопления запасных питательных веществ (крахмал, масло, волютин, водорастворимый полисахарид ламинарин и др.), но и зоной, в которой или при участии которой наиболее активно осуществляется их синтез.

Чтобы облегчить свое существование в жестких условиях вещной среды обитания, водоросли должны обладать рядом морфологических и физиологических особенностей:

  1. Целлюлозно-пектиновая оболочка удачно сочетает защитную и опорную функции с возможностью ростовых процессов и проницаемостью. Толщина оболочки варьирует даже в пределах одного вида в зависимости от возраста клетки, ее функционального состояния и условий окружающей среды. Оболочки значительно утолщаются при дефиците влаги. Иногда оболочка интенсивно пропитывается (инкрустируется) карбонатом кальция (у харовых), органическими соединениями - лигнином и кутином, секретируемыми протопластом клетки. Причем кутин выполняет, помимо опорной, еще и защитную функции, поскольку задерживает губительные ультрафиолетовые лучи и предохраняет клетки от излишней потери воды в период отлива. Пектиновый слой защищает клетку от вредного воздействия различных кислот и других столь же сильных реагентов.
  2. Слоевище морских бентосных водорослей прочно прикреплено к грунту ризоидами или базальным диском, поэтому водоросли сравнительно редко отрываются от субстрата в случаях прибоев и ударов волн.
  3. Таллом водоросли, как правило, не сплошной, а рассеченный. Он дихотомически ветвится в одной плоскости, и это позволяет свести к минимуму сопротивление толщи воды. К тому же он прочный и упругий.
  4. У некоторых водорослей имеются специальные воздухоносные пузыри, которые удерживают слоевище у поверхности воды, где есть возможность максимального улавливания света для фотосинтеза.
  5. Водорослям приходится адаптироваться не только к недостатку света на разных глубинах водоема, но и к изменению его спектрального состава путем генетически обусловленной выработки дополнительных фотосинтезирующих пигментов. В мелководных зонах, где растениям еще доступны красные лучи, в наибольшей степени поглощаемые хлорофиллом, преобладают зеленые водоросли. В более глубоких зонах, куда проникает синий свет, встречаются бурые водоросли, содержащие, кроме хлорофилла, бурый пигмент фукоксантин. Еще глубже (до 268 м) обитают красные водоросли, имеющие пигменты группы фикобилинов - фикоэритрин, фикоцианин и аллофикоцианин, хорошо приспособленные к поглощению зеленых, фиолетовых и синих лучей.
  6. Глубоководные виды имеют более крупные хлоропласты с высоким содержанием пигментов.
  7. Таллом выделяет много слизи, которая заполняет внутренние полости многих водорослей и выделяется наружу. Слизь помогает лучше удерживать воду и препятствует обезвоживанию.
  8. Осмотическое давление в клетках намного выше, чем в морской воде, поэтому осмотических потерь воды не наблюдается.
  9. Выход спор и гамет у морских водорослей совпадает с приливом. В этот период из репродуктивных органов освобождаются споры, мужские и женские гаметы, которые, как правило, обладают таксисами, определяющими направления их движения в зависимости от света, температуры, химических веществ, содержащихся в воде, и др. У спор, лишенных жгутиков, наблюдается амебоидное движение. Развитие зиготы происходит сразу же после оплодотворения, чтобы не оказаться унесенной в океан.

Размножение водорослей происходит бесполым и половым путем. Бесполое размножение осуществляется фрагментами таллома или спорами.

Половой процесс у водорослей отличается многообразием:

  • изогамия - слияние одинаковых по строению и величине подвижных гамет,
  • гетерогамия - слияние подвижных гамет разных размеров (более крупную считают женской),
  • оогамия - слияние крупной неподвижной яйцеклетки со сперматозоидом,
  • конъюгация - слияние содержимого двух неспециализированных клеток.

У одних водорослей каждая особь способна формировать и споры, и гаметы в зависимости от времени года и условий среды, у других функции бесполого и полового размножения выполняют разные особи - спорофиты и гаметофиты. У многих водорослей в цикле развития наблюдается строгое чередование поколений - спорофита и гаметофита (красные, бурые, некоторые зеленые).

Водоросли чрезвычайно широко используются в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в пищевой, фармацевтической и парфюмерной промышленности. Их возделывают в больших масштабах с целью получения биомассы как дополнительного источника белка, витаминов и биостимуляторов для животноводства. Так, в морских водорослях установлено наличие витаминов A, B1, B2, B12, C и D, соединений йода, брома и других веществ. Многие водоросли используются в пищу человека. Наибольшей известностью как пищевое, лечебное и профилактическое средство пользуется морская капуста (некоторые виды ламинарий и порфиры), применяемая против желудочно-кишечных расстройств, при заболеваниях склероза, зоба, рахита и ряда других болезней.

Водоросли служат сырьем для получения ценных органических веществ: спиртов, аммиака, органических кислот, йода, брома (бурые), агар-агара (красные). Агар-агар находит широкое применение в лабораторных биологических работах как твердая среда, на которой с добавлением определенных питательных веществ культивируют бактерии, протесты, грибы. В больших количествах его используют в пищевой промышленности для изготовления мармелада, пастилы, мороженого и других изделий.

Читать далее