Золотистые водоросли обитают на глубине. Самые необычные водоросли. Распространённые виды диатомей

Простейшие диатомовые водоросли - это особая группа одноклеточных микроорганизмов, которые приспособились к экстремальным условиям обитания. Особенностью этих организмов является твердая кремнеземная оболочка, делающая их устойчивыми к неблагоприятным условиям окружающей среды. Диатомеи часто встречаются в аквариумах, существенно ухудшая внешний вид подводного сада.

На планете существует около 1600 видов коричневых водорослей

Описание микроорганизмов

Клетки водорослей состоят из жидкой протоплазмы, которая окружена прочной кремнеземной оболочкой-панцирем. Протопласт проникает во все внутренние полости оболочки, заполняя ее, что приводит к быстрому увеличению колоний микроорганизмов. Панцирь усеян многочисленными тончайшими отверстиями, что обеспечивает обмен веществ с окружающей средой и протопластом.

Представители диатомовых водорослей имеют различную окраску, зависящую от строения панциря и преобладающих пигментов. Большинство таких микроорганизмов имеет коричневый или серый цвет, но встречаются и тёмно-зелёные, практически чёрные и даже ярко-красные.

Пресноводные коричневые водоросли обитают в бентосе

На сегодняшний день ученым известно 1600 различных видов коричневых водорослей. Встречаются простейшие в морской воде и растут как на больших глубинах, так и на каменистых отмелях, где берег омывается водой лишь во время мощного прилива. Также встречаются и пресноводные формы, которые обитают в бентосе и могут поселяться на различных субстратах. Пресноводные водоросли чаще всего доставляют проблемы аквариумистам, которые с трудом избавляются от этих нежелательных микроорганизмов.

Особенностями бурых водорослей являются:

• Хитиновый панцирь.
• Размножение делением клетки.
• Цветовые вариации видов диатомей.

Прочный хитиновый панцирь обуславливает особенности размножения у диатомовых водорослей. Чаще всего эти микроорганизмы делятся на две половины, размножаясь путем деления клеток. В подходящих условиях, когда диатомеи получают необходимое им питание, деление клеток и размножение колонии может проходить в ускоренном режиме, и поселения простейших увеличиваются буквально за несколько часов. В особенности этот процесс заметен в запущенных аквариумах, где водоросли покрывают все доступные им субстраты.

Распространённые виды диатомей

С появлением мощных микроскопов изучение подводного мира активизировалось, а учёные получили возможность описать и идентифицировать самые мелкие виды, которые состоят буквально из одной клетки и ядра.

Наибольшее распространение получили следующие виды бурых водорослей:

• Пиннулярия, которая имеет эллиптические удлинённые створки с заметной шероховатостью панциря.
• Цимбелла. Отличается характерными серповидно изогнутыми створками.
• Навикула. Имеет острые лодкообразные створки панциря с зауженными концами.

Навикулы чаще всего встречаются в пресноводных аквариумах

В пресноводных аквариумах чаще всего встречаются колонии навикул, характеризующиеся коричневым и бурым цветом. В последующем, активно разрастаясь, эти водоросли приобретают уже характерную чёрную окраску. В морских аквариумах могут встречаться десятки и сотни различных диатомей, которые имеют серый, коричневый, чёрный и фиолетовый цвет.

Все без исключения аквариумисты сталкивались с проблемой диатомовых водорослей, которые образуют на листьях растений, камнях, декорациях и стеклах характерный коричневый налет. Если поначалу справиться с такими простейшими не представляет труда, и аквариумист может с легкостью поддерживать чистоту стёкол, декорации и растений, то по мере ухудшения биобаланса колония простейших только разрастается. В итоге избавиться от черного и коричневого налета становится все сложнее.

Признаки появления одноклеточных

Определить наличие диатомовых в аквариуме не составит труда. На растениях, грунте и стекле появляется коричневый налёт, который пылит при его стирании пальцами, губкой или скребком. На ранних стадиях образования колонии диатомеи могут с легкостью очищаться с декораций и стекла, но в запущенных аквариумах налет приобретает характерный черный цвет, отмечается нарастание слоев друг на друга, и если верхний слой ещё кое-как стирается со стекол, то нижние ороговевшие участки намертво крепятся к растениям и декорациям.

Причины появления диатомей:

На рыб и других гидробионтов бурые водоросли в аквариуме не оказывают какого-либо влияния. А вот растениям такой налет будет грозить быстрой гибелью, т. к. плотные слои на листве водорослей прекращают фотосинтез. Если не предпринять каких-либо действий по восстановлению баланса и механически не очищать листву от имеющегося налета, то растения в скором времени погибнут.

Скорость распространения у диатомовых водорослей чрезвычайно высока, поэтому новые листья буквально в течение нескольких дней поражаются серым и коричневым налетом, избавиться от которого в последующем крайне сложно. В запущенных аквариумах бурый и коричневый налет становится отличным субстратом для появления сложных в избавлении водорослей. Поэтому не стоит удивляться, что на листьях и грунте появляется вьетнамка, чёрная борода и другие водные одноклеточные.

Причины развития простейших

Бурые водоросли являются спутником молодого, только что запущенного аквариума. Однако в последующем при стабилизации баланса колонии диатомеи практически полностью отмирают , а всё, что останется делать аквариумисту, это раз в несколько недель протирать стекла аквариума губкой или специальным скребком.

Причиной появления диатомовых водорослей в молодом аквариуме является неустановившийся азотный цикл. Растения, будучи только посаженными в грунт, ещё не укоренились и не потребляют необходимого количества микроэлементов, соответственно, в воде присутствуют нитраты, нитриты, азот и фосфор, что приводит к развитию водорослей. Однако в последующем внешний фильтр выйдет на свою полную мощность, укоренятся и пустятся в рост растения, азотный цикл стабилизируется, что позволит решить проблему с коричневыми водорослями.

В запущенных аквариумах, где отмечается перенаселение, отсутствует качественная фильтрация, а в грунте имеется избыток органики, быстро появляются водоросли и другие виды простейших. Аквариумисту необходимо будет восстанавливать биобаланс, сифонить грунт, увеличивать зеленую массу и регулярно менять воду. В идеале аквариум следует дополнительно оснастить мощным наружным фильтром, который снизит содержание аммиака, аммония, нитратов и нитритов.

Аквариумисту необходимо раз в несколько недель протирать аквариум губкой

Нередкой причиной появления водорослей в аквариуме является длинный световой день. Сразу после запуска не следует устанавливать его продолжительностью 12 часов в сутки. Многим кажется, что чем больше света получают растения, тем они быстрее принимаются в рост, а вся система стабилизируется. Но в действительности слишком мощное и длительное освещение приводит к развитию водорослей и появлению характерного коричневого налета на стеклах. Поэтому следует после запуска аквариума устанавливать световой день не более 6 часов, после чего плавно увеличивать его на час-полтора каждую неделю.

Водоросли в аквариуме могут образовываться и при неправильном внесении удобрений. Превышая дозы вносимых питательных веществ, неопытные аквариумисты неизменно стимулируют развитие простейших, в том числе диатомовых микроорганизмов. Подкармливать водные растения можно лишь при соответствующем качественном освещении, подаче CO2 и большом объеме зелёной массы. Вносить удобрения необходимо предельно аккуратно, небольшими дозами, постепенно увеличивая количество микроэлементов, одновременно наблюдая как за состоянием растений, так и за отсутствием нежелательных водорослей в аквариуме.

В редких случаях коричневый налет возникает при использовании выгоревших люминесцентных ламп. Со временем у них выгорает спектр, они начинают светить тусклым белым светом. У растений уменьшается фотосинтез, в воде появляется много нерастворенной органики, образуется питательная среда для различных водорослей, которые тут же «поднимают голову» и заполняют весь аквариум.

Профилактика и уничтожение водорослей

Чем раньше аквариумист начнет борьбу с водорослями, тем проще избавиться от них. Коричневый налет буквально за 10 дней может поразить весь аквариум, а избавиться от имеющихся проблем можно за полтора-два месяца. Сильно запущенный аквариум, где нарушен биобаланс, проще не восстанавливать, а запустить заново, для чего придется слить всю воду, очистить растения от загрязнений, промыть и прокипятить грунт и в последующем контролировать правильный биобаланс экосистемы.

Куда проще предупредить появление водорослей, чем потом пытаться бороться с появившимся налетом. При запуске аквариума необходимо обеспечить правильное освещение, кормить рыб умеренно, не рекомендуется использовать какие-либо удобрения. Эти меры исключат образование органики в грунте. В последующем нужно следить за состоянием фильтра, регулярно заменять воду и не перекармливать рыбок.

При вспышке бурых водорослей в уже стабилизированном аквариуме необходимо увеличивать частоту замен воды до 2 раз в неделю , меняя приблизительно 1/5 ее часть. Одновременно с этим нужно сифонить аквариум, чтобы удалить органику, которая гниет в грунте и ухудшает химические показатели воды.

Для предотвращения загрязнения аквариума необходимо обеспечить правильное освещение

Избавиться от одноклеточных можно, увеличив фильтрацию воды, для чего дополнительно устанавливают ещё один наружный фильтр, а имеющееся оборудование очищают, что позволит повысить его производительность. Продолжительность светового дня рекомендуется на пару дней сократить до 5−6 часов в сутки. В последующем это время постепенно увеличивают до 10 часов в сутки. При необходимости старые люминесцентные лампы, которые эксплуатируются уже больше года, следует заменить.

Отлично помогают справиться с бурыми водорослями рыбки отоцинклюсы и улитки теодоксусы. Также диатомеями питаются сиамские водорослееды, различные моллюски и гиринохейлусы. На аквариум объемом 100 литров будет достаточно двух сиамских водорослеедов, которые буквально за неделю смогут очистить от налета растения и декорации. В последующем рыбки будут поддерживать чистоту аквариума, поедая нитчатку, олений рог и другие водоросли.

В профилактических целях и для восстановления запущенных аквариумов можно использовать альгициды, которые не только подавляют простейших, но и ускоряют рост высших растений. Необходимо лишь подобрать правильную норму внесения альгицидов, которая рассчитывается индивидуально в зависимости от количества растений и объёма аквариума.

Водоросли – особая часть растительного мира. Особенность в среде обитания – преимущественно водоросли, относящиеся к низшим растениям, живут в воде. Корня, стебля, листьев, в привычном их понимании, у них нет, но есть тело (слоевище), состоящее либо из одной клетки, либо из группы многоклеточных организмов. Обитают водные растения в больших, и не очень больших, водоемах, и среди них встречаются самые необычные экземпляры, вызывающие удивление своими размерами и особенностями строения.

Разнообразный мир водорослей

Растения, живущие на Земле, играют немаловажную роль в жизни планеты – поглощают углекислый газ, являются источником питания для человека и животного мира. Водоросли тоже потребляют углекислый газ, перерабатывая его в кислород, ими питается животный мир водоемов и человек.

Какие-то виды можно встретить только на морском или океаническом дне, какие-то – только в пресных водоемах, какие-то мы увидим, а какие-то можем и не заметить. Среди многообразия водорослей есть очень необычные и интересные виды, вызывающие неподдельный интерес своей уникальностью.

В японском озере Мивант, исландском вулканическом озере Акан, в Тасмановом и Черном море встречаются необычные по форме водоросли – мосс-шары.

Они представляют собой образования шаровидной формы яркой зеленой окраски небольших размеров (диаметр 12-30см). Иногда их размер совсем маленький – на него влияет температура воды.

Справка! Шар образуют тонкие длинные нити растений, растущих из центра во все стороны.

Те, кто занимается подводным плаванием, отметили, что на дне моря водоросли-шары смотрятся как что-то чужеродное и фантастическое – настолько непривычно видеть такую форму на больших глубинах. Иногда в непогоду шаровые водоросли выбрасывает на побережье и тогда ими могут любоваться все, а не только любители подводных пейзажей.

Каулерпа относится к одноклеточным организмам, хотя по внешнему виду этого не скажешь – выглядит она как причудливое, внушительных размеров, растение с прообразами стеблей, корней и листьев. Объяснение этому несоответствию есть – клетка одна, а ядер несколько, к тому же, цитоплазма свободно может перемещаться по организму, лишенному перегородок.

Водоросль каулерпу называют растением-захватчиком, поскольку она быстро занимает водное пространство, заселяет его и мешает росту и развитию других растений.

На заметку! Скорость роста водоросли – до 1см в сутки, а длина некоторых видов достигает 2,8м.

В 1984 году необычная водоросль из аквариума попала в воды Средиземного моря недалеко от Монако, быстро приноровилась к новым условиям и спустя 10 лет ею была занята большая площадь в 30км². Вкус у водоросли горький, рыбам не нравится, поэтому они предпочитают питаться другими разновидностями. Так что размножению каулерпы ничего не мешает. Но вот популяции некоторых видов рыб ее присутствие вредит – они просто перестают жить в этих местах.

Возле берегов Калифорнии и на австралийском побережье (Новый Южный Уэльс) в 2000 году обнаружили каулерпу и в срочном порядке занялись ее уничтожением с помощью хлора – иначе водоросль могла бы захватить большую территорию. В Калифорнии ее запретили использовать даже в аквариумах.

У водоросли-захватчика есть опасный для нее враг, но обитает он только в теплых водах – это тропический морской слизняк Elysia subornata. Сок каулерпы отлично подходит ему для питания, и зарослям каулерпы слизняк наносит значительный ущерб. Для борьбы с опасной водорослью его вполне можно использовать там, где условия для него приемлемы.

Наличие в составе растения большого количества пигмента бурого цвета – фукоксантина и дало название водоросли. Необычного цвета водоросль обитает во многих морях и океанах, а несколько видов существуют даже в пресной воде.

На территории Мирового океана, примыкающей к материковой суше, одна из самых длинных водорослей, растет на больших глубинах — 40- 60 м, а в умеренных и приполярных широтах глубина обитания меньше – 6-15 м.

Особенности бурой водоросли:

• крепится к камням и скалам, а в глубине, где воды спокойные, может расти на раковинах моллюсков;
• может обитать в солончаковых болотах;
• размер слоевища варьируется от 1 микрона до 40-60м;
• слоевище может быть в форме вертикально направленных или стелющихся нитей, пластинок, корочек, мешков, кустиков;
• чтобы удерживаться в вертикальном положении на слоевище есть пузырьки с воздухом;
• водоросль рода Macrocystis, представитель самых длинных водорослей в мире (вырастает до 60м), образует подводные леса в прибрежных океанических водах Америки;
• размножается вегетативным, бесполым и половым путем;
• применяют в пищу как низкокалорийный продукт, богатый белками, углеводами, минералами;
• служит сырьем для некоторых лекарственных препаратов и различных отраслей промышленности (текстильная, биотехнологическая, пищевая);
• является основой пищевой приправы глутамат натрия.

Саргассовы водоросли (саргассум, саргасс, морской виноград) принадлежат к роду бурых водорослей и удивительны по своим особенностям и свойствам. Родина культуры – это регион Японии, Китая, Кореи, но в данное время она заселила воды тихоокеанского побережья североамериканского континента и Западной Европы.

На заметку! Отличительная особенность водоросли – наличие пузырьков-поплавков и характерная коричнево-желтая или коричнево-оливковая окраска зубчатых листьев до 2 см длиной.

Особенности саргассума:

• обитает длинная водоросль (длина достигает 2-10м) на глубине 2-3м, но встречаются виды и на большей глубине – это зависит от места обитания;
• обычно крепится к камням, скалам, но может и плавать;
• необходимые условия для существования водоросли – соленая вода (7-34 промиле) и температура 10°-30°С;
• присутствуют мужские и женские половые органы;
• растение до 2м в высоту производит (в среднем) около 1млрд эмбрионов;
• эмбрионы могут прицепляться к различным поверхностям, находиться в свободном плавании до 3-х месяцев и образовывать колонии вдали от родного места;
• в Саргассовом море обитает разновидность без половых органов, образующая густую бесформенную массу на поверхности;
• колонии водорослей, оторвавшись, могут мигрировать и наносят вред рыбакам, небольшим суднам, фауне и флоре водоема, вытесняя местные растения;
• быстрые темпы размножения могут вытеснить другие разновидности водорослей;
• польза водорослей — 9 видов грибов, 52 разновидности водорослей, около 80 видов морских организмов живут в местах обитания водоросли.

Макроцистис – самая большая и самая длинная водоросль

Макроцистис относится к роду бурых водорослей, отличающемуся большими размерами своих представителей. Место произрастания – океанические воды Южного полушария с температурой 20°С.

Листовые пластины длинные (до 1м) и широкие (до 20см), с воздушным пузырем у основания, крепятся к длинному стволу, а он, в свою очередь, намертво крепится к грунту, скалам, камням с помощью ризоидов (что-то наподобие корней) на глубине 20-30м. Внешний вид водоросли напоминает воздушного змея с длинным хвостом, унизанным флажками.

Интересно! По поводу длины макроциста есть некоторые расхождения, но все же, большинство сходится на длине 60-213 м. Вес слоевища у самых длинных представителей немалый – 150 кг, и этот факт споров не вызывает.

В толще воды стебель поднимается вверх, а у поверхности стелется вдоль направления морского течения. Держаться на плаву помогают пузырьки воздуха в основании листьев.

Обширные заросли макроциста вблизи побережий способны гасить сильные волны, поскольку оторвать растение от крепления невозможно, поэтому водоросли начали выращивать искусственно. Кроме этого, они служат сырьем для добычи альгината, необходимого во многих отраслях промышленности.

Самое большое морское растение – посидония океаническая

Обнаружили самую большую и длинную морскую траву посидонию в 2006 году в средиземноморских водах неподалеку от Балеарских островов. Почему самую длинную? Ответ поражает и удивляет – длина ее достигла 8 000 м!

Важно! Довольно часто посидонию называют «водоросль», но растение не относится к водорослям – это многолетнее растение, полностью находящееся в воде, имеет, в отличие от водорослей, корни, стебель, листья, семена и плоды.

Имя греческого бога Посейдона (повелитель морей) легло в основу названия травянистого морского растения посидония, видимо, из-за больших размеров и некоторых особенностей:

• образует большие заросли (колонии) на глубинах до 50 м – их иногда называют зелеными лугами;
• у растения очень мощные ползучие корни;
• на большой глубине листья шире и длиннее, чем на небольшой;
• длина листа достигает 15-50 см, а ширина – 6-10 мм;
• в некоторых случаях ее специально выращивают для пополнения растительного мира в определенных морских районах.

Красные водоросли (багрянка) – морские растения, существующие на Земле около 1 миллиарда лет. Отличительной особенностью необычных водорослей является способность использовать для фотосинтеза лучи синего и зеленого цвета, проникающие на большую глубину. Обусловлено это свойство наличием особого вещества фикоэритина.

В хлоропластах красных водорослей содержится зеленый хлорофилл, красные фикоэритрины, синие фикобиллины и желтые каротиноиды. При смешивании веществ с хлорофиллом получаются различные оттенки красного цвета. Наличие этих компонентов делает возможным существование водоросли на большой глубине (100-500 м).

Интересный факт! В толще воды водоросли, поглощая свет солнца, кажутся черными, а на суше мы их видим красными!

Некоторые виды багрянки содержат магния и углекислого кальция в большом количестве и способны образовывать скелет особого состава, поэтому багрянка входит в состав коралловых рифов.

Красные водоросли служат сырьем в производстве натурального заменителя желатина агар-агара, используются в косметологии и фармакологии, ими удобряют почву и кормят скот.

В растительном мире встречаются удивительные и необычные растения, питающиеся себе подобными или мелкими живыми организмами. Их называют растения-хищники. Есть такие и среди водорослей.

Одноклеточный организм Pfiesteria piscicida способен питаться как растение и как животное: может напасть на живой организм и одновременно использует процесс фотосинтеза для получения питательных веществ. Поэтому – то его и считают водорослью.

Интересные факты:

• необычная водоросль-хищник погубила большое количество рыбы в водах восточного побережья США – каждая особь уничтожает 7-10 клеток гемоглобина в крови рыб, быстро размножается;

Лекция 2. Многообразие растений. Водоросли

Систематика растений занимается изучением и описанием видов растений и распределением их по группам на основе сходства строения и родственных связей между ними, созданием классификации.

Таблица 1. Таксономические категории и таксоны на примере картофеля:

Низшие растения, или Водоросли

Общая характеристика. Водоросли – большая сборная группа фотосинтезирующих, преимущественно водных, фотоавтотрофных эукариотических растений. Для большинства водорослей характерно: в основном водная среда обитания, но большое число видов встречается и на суше (на поверхности почвы, влажных камнях, коре деревьев и т.д.).

Большинство водорослей находится в толще воды во взвешенном состоянии или активно плавает (фитопланктон ), некоторые ведут прикрепленный образ жизни (фитобентос ). Зеленые водоросли обитают в прибрежной зоне на небольшой глубине, бурые содержат пигменты, позволяющие им жить на глубине до 50 м, а набор фотосинтетических пигментов красных водорослей позволяет им обитать на глубине100-200 м, а отдельные представители обнаружены на глубине до 500 м.

Тело водорослей может быть одноклеточным, колониальным или многоклеточным. Если это многоклеточный организм, то его тело не дифференцировано на органы и ткани и называется таллом , или слоевище . У сложно организованных водорослей может наблюдаться элементарная дифференцировка тела, имитирующая органы высших растений – появляются ризоиды, стеблевидные и листовидные образования.

Строение клеток. Клетки большинства водорослей имеют клеточную стенку, образованную целлюлозой и пектином (только у примитивных подвижных одноклеточных и колониальных водорослей, у зооспор и гамет клетки ограничены лишь плазмалеммой), клеточная стенка почти всегда покрыта слизью. Протопласт клеток состоит из цитоплазмы, одного или нескольких ядер и хроматофоров (пластид), содержащих хлорофилл и другие пигменты; в хроматофорах имеются особые образования – пиреноиды – белковые тельца, вокруг которых накапливается крахмал, образующийся в процессе фотосинтеза. Вакуоли, как правило, хорошо развиты; иногда (особенно в подвижных клетках) имеются особые сократительные вакуоли; большинство подвижных водорослей имеют жгутики и светочувствительное образование – глазок, или стигму, благодаря которому водоросли обладают фототаксисом (способностью к активному движению всего организма по направлению к свету).

Размножение бесполое и половое, бесполое размножение осуществляется с помощью зооспор (подвижных) или спор (неподвижных). Бесполое размножение также может осуществляться с помощью вегетативного размножения путем фрагментации таллома, деления клеток одноклеточных водорослей, у колониальных водорослей – за счет распада колоний.

Половое размножение происходит путем образования множества специализированных половых клеток – гамет и их слияния (оплодотворения), что представляет собой половой процесс. В результате слияния образуется зигота, которая покрывается толстой защитной оболочкой. После периода покоя (реже сразу же) зигота прорастает в новую особь, образующуюся в основном путем мейотического деления (зиготическая редукция).

Красные водоросли, или багрянки. Одно из подцарств царства Растения. Среди багрянок встречаются как одноклеточные, так и многоклеточные нитчатые и пластинчатые водоросли (рис.). Из 4000 видов только 200 приспособились к жизни в пресных водоемах и на почве, остальные – обитатели морей. Окраска красных водорослей разнообразна, она определяется различным количественным содержанием пигментов: зелёные - хлорофиллы а и d , каротиноиды и фикобиллины: красный (фикоэритрин) и синий (фикоцианин). Причем окраска водорослей различна на разной глубине, на мелководье они желто-зеленые, затем розовые и на глубине более 50 м становятся красными. Максимальная глубина, на которой находили багрянки – 500 м, где они используют сине-фиолетовые длины волн солнечного света. Чем короче длина волны, тем больше ее энергия, поэтому на самую большую глубину проникают световые волны с наиболее короткой длиной волны. Причем водолазам они кажутся черными, настолько эффективно они поглощают весь падающий на них свет, красными они выглядят на поверхности. Пигменты сосредоточены в хроматофорах, имеющих вид зерен или пластинок, пиреноидов нет.

Клеточная стенка – пектиново-целлюлозная, способная к сильному ослизнению, в результате чего у некоторых водорослей весь таллом приобретает слизистую консистенцию. В стенках у многих может откладываться углекислый кальций (СаСО 3) или магний (MgCO 3).

Продуктом ассимиляции является багрянковый крахмал, по строению близкий к гликогену. В отличие от обычного крахмала при окрашивании йодом он приобретает буро-красный цвет.

Багрянки имеют большое практическое значение. Из них получают агар-агар, использующийся в кондитерской и микробиологической промышленности, многие из них являются сырьем для получения клея. Из золы багрянок получают йод и бром. Некоторые красные водоросли используются на корм скоту. В Японии, Китае, на островах Океании и в США багрянки используются в пищу. Порфира считается деликатесом. Красная водоросль хондрус используется для получения каррагенов – особых полисахаридов, подавляющих размножение вируса СПИДа.

Отдел Бурые водоросли. Отдел включает около 1500 видов многоклеточных, преимущественно макроскопических (до 60-100 м) водорослей, ведущих прикрепленный (бентосный ) образ жизни. Чаще всего они встречаются в прибрежных мелководьях всех морей и океанов, иногда вдали от берега (например, в Саргассовом море).

Строение. Талломы бурых водорослей имеют наиболее сложное строение среди водорослей. Одноклеточные и колониальные формы отсутствуют. У высокоорганизованных клетки таллома отчасти дифференцируется, образуя тканеподобные анатомические структуры (например, ситовидные трубки с косыми перегородками). В результате этого происходит образование “стеблевой” и “листовой” частей таллома, выполняющих неоднородные функции. В субстрате водоросли закрепляются с помощью ризоидов.

Клетки бурых водорослей одноядерные с многочисленными хроматофорами, имеющими вид дисков или зерен. Бурая окраска водорослей обусловлена смесью пигментов (хлорофилла, каротиноидов, фукоксантина). Основным запасным веществом является ламинарин (полисахарид с иными, чем у крахмала, связями между остатками глюкозы), откладывающийся в цитоплазме. Клеточные стенки сильно ослизняются. Слизь помогает удерживать воду и тем самым препятствует обезвоживанию, что важно для водорослей приливно-отливной зоны.

Размножение половое и бесполое. Вегетативное размножение осуществляется частями таллома.

Ламинария. Представители рода ламинария известны под названием «морская капуста» (рис.). Они широко распространены в северных морях. Зрелый спорофит ламинарии диплоидное растение длиной от 0,5 до 6 и более метров.

Слоевище ламинарии имеет одну или несколько листоподобных пластинок, располагающихся на простом или разветвленном стеблевидном образовании, прикрепленном к субстрату ризоидами. Стеблевидное образование с ризоидами многолетнее, а пластинка ежегодно отмирает и весной вновь отрастает.

Типичными представителями бурых водорослей является ламинария, макроцистис (его громадное слоевище достигает в длину 50-60 м), фукус, саргассум.

Значение. Будучи автотрофами, водоросли являются основными продуцентами (т. е. производителями) органических веществ в различных водоемах. Кроме того, в процессе фотосинтеза они выделяют кислород, создавая тем самым благоприятные условия для жизни не только водных, но и наземных организмов.

Водоросли играют огромную роль в жизни человека: являются кормом для многих промысловых рыб и других животных, служат добавками в различных питательных смесях, входят в состав комбикормов, некоторые водоросли (например, «морскую капусту») употребляют в пищу. Клетки бурых водорослей поверх целлюлозной клеточной стенки порыты пектином, состоящим из альгиновой кислоты или ее солей, при смешивании с водой (в соотношении 1/300) альгинаты образуют вязкий раствор. Альгинаты используются в пищевой промышленности (для получения пастилы, мармеладов), в парфюмерии (изготовление гелей), в медицине (для изготовления мазей), в химической промышленности (для изготовления клеев, лаков). В текстильной промышленности с их помощью делают невыцветающие и непромокаемые ткани. Морские водоросли используются для получения удобрений, йода, брома. Йод получали раньше исключительно из бурых водорослей. Бурые водоросли могут служить в качестве индикатора местонахождения золота, они способны накапливать его в клетках слоевища.

Отдел Зеленые водоросли. Отдел объединяет около 13000 видов, это самый обширный отдел среди водорослей. Отличительная особенность – чисто зеленый цвет слоевищ, вызванный преобладанием хлорофилла над другими пигментами. Распространены повсеместно. В основном зеленые водоросли обитатели пресных водоемов, но есть и морские виды. Некоторые обитают на суше. Есть виды, вступающие в симбиотические отношения с некоторыми животными (губками, кишечнополостными, оболочниками) и грибами.

Строение . Зеленые водоросли представлены одноклеточными, колониальными и многоклеточными формами. Клетки имеют плотную целлюлозно-пектиновую оболочку, бывают одноядерные или многоядерные. В цитоплазме находятся хроматофоры с пигментами (в основном хлорофилл a и b,). Кроме хлорофилла, в клетках содержатся каротиноиды, ксантофиллы и другие пигменты. Хлоропласты сходны с пластидами высших растений. Основным запасным веществом, накапливающимся в хлоропластах, является крахмал .

Зеленые водоросли считаются предками наземных растений: они имеют одинаковые наборы фотосинтетических пигментов, оболочка содержит не только целлюлозу, но и пектин, запасное вещество – крахмал, накапливаются запасные питательные вещества не в цитоплазме (как у других водорослей), а в пластидах.

Род Хламидомонада. В переводе – единичный организм, покрытый древнегреческой одеждой – хламидой. Одноклеточные водоросли, обитающие преимущественно в мелких водоемах, загрязненных органическими веществами (рис. 60). Клетка хламидомонады имеет округлую или овальную форму, передний конец заострен в виде носика. На нем располагаются два одинаковой величины жгутика, с помощью которых хламидомонада передвигается в воде. Оболочка клетки пектиново-целлюлозная. В центре клетки располагается чашевидный хроматофор с крупным пиреноидом. В углублении хроматофора располагается ядро. На переднем конце клетки находятся стигма и пульсирующие вакуоли.

Размножается хламидомонада как бесполым, так и половым путем. В жизненном цикле преобладает гаплоидная фаза. При бесполом размножении хламидомонада теряет жгутики, содержимое клетки дважды делится митотически, и под оболочкой материнской клетки образуются четыре дочерние. Каждая из них выделяет оболочку и образует жгутики, превращаясь в зооспоры.

Под воздействием ферментов оболочка материнской клетки разрушается, и они выходят наружу, растут до размеров материнской и тоже переходят к бесполому размножению (рис. 61).

Половой процесс у многих видов хламидомонады происходит по типу изогамии. Содержимое клетки делится, образуя от 8 до 32 гамет, которые напоминают зооспоры, но имеют более мелкие размеры. Клетки с разным половым знаком сливаются. Образовавшаяся зигота покрывается толстой оболочкой и впадает в период покоя. При наступлении благоприятных условий содержимое зигоспоры делится мейотически, и образуются четыре гаплоидные клетки, каждая из которых становится новой хламидомонадой.

У некоторых видов половой процесс осуществляется по типу гетерогамии (обе гаметы подвижны, но женская крупнее мужской) или по типу оогамии (женская гамета неподвижна).

Род Хлорелла. Одноклеточная водоросль, обитающая в пресных и соленых водоемах, на влажной почве, скалах (рис. 62). Клетки имеют вид зеленых шариков диаметром до 15 мкм. Жгутиков, глазков и сократительных вакуолей не имеет. В клетках имеется чашевидный хроматофор с пиреноидом или без него и мелкое ядро. Хлорелла гораздо более эффективно использует солнечную энергию для фотосинтеза. Если наземные растения используют около 1% солнечной энергии, то хлорелла – 10%. Половой процесс для этой водоросли не известен. Бесполое размножение происходит путем митотического деления содержимого материнской клетки дважды или трижды. В результате деления формируется четыре или восемь неподвижные споры (апланоспоры ). После разрыва материнской оболочки клетки выходят наружу, увеличиваются в размерах и делятся вновь.

Хлорелла интересна тем, что ее клетки содержат большое количество питательных веществ – 50 полноценных белков, жирные масла, углеводы, витамины А, В, С и К и даже антибиотики (причем витамина С в ней в 2 раза больше, чем в соке лимона). Она размножается так интенсивно, что за сутки происходит тысячекратное увеличение числа ее клеток.

Хлорелла стала первой водорослью, которую человек стал выращивать в культуре. Она использовалась в качестве экспериментального объекта для изучения некоторых этапов фотосинтеза. В некоторых странах (США, Япония, Израиль) созданы опытные установки для выращивания хлореллы и изучалась возможность использования хлореллы как источника питания для человека. Японцы научились перерабатывать хлореллу в белый порошок, богатый белками и витаминами. Его можно добавлять в муку для выпечки хлебобулочных изделий. Кроме того, хлорелла используется как источник дешевых кормов для скота и при биологической очистке сточных вод.

Класс Улотриксовые. Многоклеточные водоросли, слоевище которых нитевидное или пластинчатое. Наиболее известные представители относятся к роду Улотрикс и роду Ульва. Неветвящиеся нити улотрикса, прикрепляясь к подводным предметам – камням, сваям, корягам и т.д., образуют зеленые дерновинки. Все клетки (за исключением вытянутой в длину бесцветной ризоидальной клетки, с помощью которой происходит прикрепление водоросли) имеют сходное строение. В центре клетки находится ядро и хроматофор, имеющий форму незамкнутого кольца. В хроматофоре находится несколько пиреноидов. Рост нити в длину происходит за счет деления клеток в поперечном направлении. Произрастает в быстротекущих реках, ведет прикрепленный образ жизни (рис. 65).

При благоприятных условиях улотрикс размножается зооспорами, имеющими по четыре жгутика. Они образуются в четном количестве (2, 4, 8 и более). Зооспоры бывают разных размеров – крупные и мелкие. Способность к активному перемещению зооспор способствует расселению улотрикса. Половой процесс происходит по типу изогамии. Отдельные клетки нити превращаются в гаметангии, в которых образуются двужгутиковые гаметы. При слиянии гамет образуется четырехжгутиковая зигота. Затем она отбрасывает жгутики и переходит в состояние покоя.

В дальнейшем зигота редукционно делится, давая начало четырем клеткам, каждая из которых образуется новую нить.

Важная эволюционная линия связана с переходом от нитчатого слоевища к пластинчатому. Именно такая форма слоевища у представителей рода Ульва (морской салат). Внешне ульва напоминает тонкий зеленый лист целлофана, ее слоевище до 150 см состоит из двух слоев клеток. Для ульвы характерно чередование поколений, причем диплоидный спорофит и гаплоидные гаметофиты внешне не отличаются. Такое чередование поколений называется изоморфным .

Род Спирогира. Зеленые нитчатые водоросли длиной до 8-10 см (рис. 63). Многочисленные виды спирогир обитают в пресных водоемах, в стоячей воде. Скопления нитей спирогиры образуют тину. Нити неветвящиеся, образованные одним рядом цилиндрических клеток. Жгутиковые стадии отсутствуют.

В центре клеток находится крупное ядро. Оно окружено цитоплазмой, расходящейся в виде тяжей от центра клетки к периферии. Здесь они соединяются с постенным слоем цитоплазмы. Тяжи пронизывают крупную вакуоль. В клетках находятся лентовидные, закрученные в виде спирали хроматофоры. Они располагаются постенно с внутренней стороны оболочки. У разных видов спирогиры количество хроматофоров колеблется от 1 до 16. В хроматофорах в большом количестве располагаются крупные бесцветные пиреноиды. Снаружи водоросль окружена слизистым чехлом.

Рис. . Лестничная конъюгация спирогиры

Рост водоросли в длину осуществляется путем поперечного деления клеток. Размножается спирогира бесполым и половым способом. Бесполое размножение осуществляется частями нитей при их случайном разрыве.

Половой процесс осуществляется путем конъюгации (рис. 64). Конъюгация может быть лестничной и боковой. При лестничной конъюгации две нити располагаются параллельно друг другу. У рядом расположенных клеток образуют куполообразные выросты, растущие навстречу друг другу.

В месте соприкосновения перегородки, разделяющие клетки, растворяются, и образуется канал, связывающий обе клетки. Содержимое одной клетки (мужской) округляется и перетекает по трубке в другую (женскую), и их содержимое (в первую очередь ядра) сливается. При боковой конъюгации оплодотворение происходит в пределах одной нити. При этом наблюдается слияние протопластов двух рядом расположенных клеток.

Зигота, образовавшаяся в результате оплодотворения, окружается толстой клеточной стенкой и впадает в период покоя. Весной зигота редукционно делится и образует четыре гаплоидных ядра. Три ядра дегенерируют, а четвертое делится митотически и дает начало новой гаплоидной нити. Таким образом, спирогира проходит жизненный цикл в гаплоидной фазе, диплоидна у нее только зигота.

Основные факторы, влияющие на распространение и развитие водорослей

Водоросли - фотоавтотрофные организмы. Ведущими факторами, влияющими на их развитие, являются свет, температура, наличие капельно-жидкой воды, а также источников углерода, минеральных и органических веществ. Водоросли, как и другие растения, заселяют почти все возможные местообитания в гидросфере, атмосфере и литосфере Земли. Их можно встретить в воде, в почве и на ее поверхности, на коре деревьев, стенах деревянных и каменных построек и даже в таких негостеприимных местообитаниях, как пустыни и фирновые поля.

Факторы, влияющие на развитие водорослей, подразделяют на абиотические, не связанные с деятельностью живых организмов, и биотические, обусловленные такой деятельностью. Многие факторы, особенно абиотические, являются лимитирующими, т. е. способны ограничивать развитие водорослей. В водных экосистемах к лимитирующим факторам относятся: температура, прозрачность, наличие течения, концентрация кислорода, углекислого газа, солей, а также биогенных веществ. В наземных местообитаниях среди основных лимитирующих факторов следует выделить климатические - температуру, влажность, свет и т. д., а также состав и строение субстрата.

Абиотические факторы

К абиотическим факторам относятся: температура, свет, физические и хими­ческие свойства воды и субстрата, состояние и состав воздушных масс (что особенно важно для аэрофитных водорослей, живущих вне водных условий) и некоторые другие.

Всю совокупность абиотических факторов можно, с известной долей условности, разделить на химические и физические.

Химические факторы

Вода, как лимитирующий фактор . Большую часть клетки водорослей составляет вода. Цитоплазма в среднем содержит 85-90 % воды, и даже такие богатые липидам и клеточные органеллы, как хлоропласты и митохондрии, содержат не менее 50 % воды. Вода в растительной клетке существует в двух формах: конституционная вода, связанная водородными связями со структурами макромолекул, и резервная вода, не связанная, как правило, содержащаяся в вакуолях. В резервной воде обычно растворены сахара, различные органические кислоты и т. п., вследствие чего она может участвовать в стабилизации внутриклеточного осмотического давления. При полимеризации высокоактивных мелких молекул в макромолекулы (например, при превращении сахаров в крахмал) и при обратном процессе - гидролизе высокомолекулярных соединений, осмотическое давление в клетке способно быстро изменяться. Этот механизм обеспечивает устойчивость отдельных видов водорослей к высыханию и к резким колебаниям солености воды.

Для большинства водорослей вода - постоянная среда обитания, однако многие водоросли могут жить и вне воды. По устойчивости к высыханию, среди обитающих на суше растений выделяют (по Вальтеру) пойкилогидрические,- не способные поддерживать постоянное содержание воды в тканях, и гомойогидршеские - способные поддерживать постоянную гидратацию тканей. У пойкилогидрических растений (синезеленые и некоторые зеленые водоросли) клетки при высыхании сжимаются без необратимого изменения ультраструктуры и, следовательно, не теряют жизнеспособности. При увлажнении они возобновляют нормальный метаболизм. Минимальная влажность, при которой возможна нормальная жизнедеятельность таких растений, различна. Ее значение предопределяет, в частности, распространение аэрофитов. Для гомойогидрических растений обязательно наличие крупной центральной вакуоли, с помощью которой стабилизируется водный запас клетки. Однако клетки с крупными вакуолями в значительной степени утрачивают способность к высыханию. К гомойогидрическим водорослям относятся, например, некоторые аэрофиты из зеленых и желтозеленых "водорослей, обычно поселяющиеся в условиях постоянной избыточной увлажненности.

Соленость и минеральный состав воды . Это важнейшие лимитирующие факторы, влияющие на распределение водорослей. Согласно международной классификации основную массу природных водоемов составляют морские - эвгалинные, со средней соленостью 35 ‰). Среди континентальных водоемов преобладают пресноводные - агалинные, минерализация которых не превышает обычно 0,5 (среди них встречаются и более минерализованные). Континентальные водоемы, объединяемые под названием минерализованные, очень разнообразны по степени минерализации: это и солоноватые, или миксогалинные, среди которых выделяют олигогалинные (с соленостью 0,5-5 ‰), мезогалинные (5- 18 ‰) и полигалинные (18-30 ‰), а также эвгалинные (30-40 ‰) и ультрагалинные (не менее 40 ‰)- Среди ультрагалинных нередко выделяют крайне засоленные - гипергалинные водоемы, концентрация солей в которых близка к предельной. Различны континентальные водоемы и по характеру минерализации. Среди них выделяют гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные водоемы, которые в зависимости от степени и характера минерализации подразделяют на группы и типы.

В соответствии с упомянутыми классификациями водоемов и в зависимости от солеустойчивости водорослей, среди них выделяют олигогалинные, мезогалинные, эвгалинные, ультрагалинные, пресноводные и другие виды. Видовое богатство (численность видов) тесно связано с соленостью воды.

Практически в каждом из отделов можно найти виды, способные обитать в условиях крайнего засоления, и виды, живущие в водоемах с очень низкой минерализацией. Так, синезеленые водоросли - в подавляющем большинстве пресноводные организмы, однако среди них есть виды, способные развиваться в ультрагалинных водоемах. Среди типично морских обитателей - золотистых водорослей порядка Кокколитофориды - встречаются виды, распространенные и в континентальных водоемах с крайне низкой минерализацией. Диатомовые водоросли в целом в равной степени распространены и в морских и в континентальных водоемах; они встречаются в условиях с различной соленостью. Однако конкретные виды диатомовых нередко развиваются только при определенной солености и столь чувствительны к ее изменениям, что могут быть использованы как индикаторные организмы.

Очень чувствительны к изменениям солености и бурые водоросли. Многие из них не могут расти даже при незначительном опреснении. Поэтому они бедно представлены в водах Балтийского моря со сравнительно низкой соленостью. Сходную зависимость от степени солености водоема обнаруживают и красные водоросли: в Средиземном море (соленость 37-39 ‰) обнаружено более 300 видов красных водорослей, в Черном (17-18 ‰) - 129, в Каспийском (10 ‰) - 22. Зеленые водоросли преимущественно пресноводные организмы, лишь 10 % из них встречаются в морях. Однако среди них имеются виды, способные выдерживать значительное засоление и даже вызывать «цветение» ультрагалинных водоемов (например, Dunaliella salina).

Таким образом, водорослям в целом свойственна очень широкая амплитуда солеустойчивости. Что касается конкретных видов, то лишь немногиеиз них способны существовать в водоемах с разной соленостью, т. е. большинство водорослей - стеногалинные виды. Эвригалинных видов, способных существовать при разной солености, сравнительно немного (например,Bangia, Enteromorpha, Dunaliella).

Кислотность воды . Этот фактор также имеет большое значение для жизнедеятельности водорослей. Устойчивость разных таксонов водорослей к изменениям кислотности (pH) столь же различна, как и к изменениям солености. По отношению к кислотности среды выделяют виды, живущие в щелочных водах - алкалифилы и, живущие в кислых водах, при низких значениях pH - ацидофилы. Ацидофилами, например, является большинство Desmidiales. Наибольшее видовое богатство десмидиевых водорослей наблюдается в эвтрофных и мезотрофных болотах, в условиях пониженной кислотности, однако некоторые десмидиевые могут встречаться и в щелочных водах с высокой минерализацией (например, Closterum acerosum). Харовые, наоборот, преимущественно алкалифилы. Их наибольшее видовое разнообразие наблюдается в слабощелочных водах, однако некоторые из них (Chara vulgaris) развиваются н в кислых водах, при pH 5,0.

Биогенные вещества . Наличие в среде макро- и микроэлементов, являющихся необходимыми компонентами тела водорослей, имеет решающее значение для интенсивности их развития.

Элементы и их соединения, относящиеся к макроэлементам (часто их называют макротрофными биогенными веществами), требуются организмам в сравнительно больших количествах. Особая роль среди них принадлежит азоту и фосфору. Азот входит в состав всех белковых молекул, а фосфор - обязательный компонент ядерного вещества, играющий значительную роль и в окислительно-восстановительных реакциях. Калий, кальций, сера и магний почти столь же необходимы, как азот и фосфор. Кальций в больших количествах используется морскими и пресноводными водорослями, отлагающими вокруг слоевищ «чехлы» из солей кальция (некоторые красные и харовые водоросли). Магний входит в состав хлорофилла, который является основным фотосинтезирующим пигментом водорослей большинства отделов.

Микроэлементы необходимы растениям в крайне малых количествах, но имеют огромное значение для их жизни, поскольку входят в состав многих жизненно важных ферментов. Причем, при небольшой потребности растений в микроэлементах их содержание в окружающей среде также незначительно. Микроэлементы нередко выступают как лимитирующие факторы. К ним относятся 10 элементов: железо, марганец, цинк, медь, бор, кремний, молибден, хлор, ванадий и кобальт. С физиологической точки зрения их можно разделить на три группы:

1) вещества, необходимые для фотосинтеза: марганец, железо, хлор, цинк и ванадий;

2) вещества, необходимые для азотного обмена: молибден, бор, кобальт, железо;

3) вещества, необходимые для других метаболических функций: марганец, бор, кобальт, медь и кремний.

Водоросли разных отделов имеют неодинаковые потребности в макро- и микроэлементах. Так, для нормального развития диатомовых водорослей необходимы довольно значительные количества кремния, который используется для постройки их панциря. При отсутствии или недостатке кремния панцири диатомовых истончаются, иногда до крайней степени.

Почти во всех пресноводных экосистемах к лимитирующим факторам относятся нитраты и фосфаты. В озерах и реках с мягкой водой к ним могут быть причислены также соли кальция и некоторые другие. В морских водоемах концентрация таких растворенных биогенных веществ, как нитраты, фосфаты и некоторые другие также низка, и они представляют собой лимитирующие факторы, в отличие от хлористого натрия и некоторых других солей. Низкие концентрации ряда биогенных веществ в морской воде, несмотря на то что они постоянно смываются в море, обусловлены тем, что время их жизни в растворенном состоянии довольно непродолжи­тельно.

Физические факторы

Свет . Солнечное излучение имеет в жизни растений не меньшее значение, чем вода. Свет необходим растению как источник энергии фотохимических реакций и как регулятор развития. Его избыток, равно как и недостаток, может быть причиной серьезных нарушений развития водорослей. Следовательно, свет также является лимитирующим фактором при максимальной и минимальной освещенности. Каждый зависимый от солнечного излучения процесс осуществляется при участии определенных воспринимающих структур - акцепторов, в роли которых обычно выступают пигменты хлоропластов водорослей.

Распределение водорослей в толще воды в значительной степени определяется наличием света, необходимого для нормального фотосинтеза. Вода поглощает солнечное излучение гораздо сильнее, чем атмосфера. Длинноволновые тепловые лучи поглощаются уже у самой поверхности воды, инфракрасные - проникают в глубину на несколько сантиметров, ультрафиолетовые - на несколько дециметров (до метра), фотосинтетически активное излучение (длина световой волны около 500 нм) проникает до глубины 200 м.

Световой режим водоема зависит:

1) от условий освещения над поверхностью воды;

2) от степени отражения света ее поверхностью (при высоком стоянии солнца гладкая водная поверхность отражает в среднем 6 % падающего света, при сильном волнении - около 10 %, при низком стоянии солнца отражение столь значительно увеличивается, что большая часть света уже нe проникает в воду: под водой день короче, чем на суше);

3) от степени поглощения и рассеивания лучей при прохождении через воду. С увеличением глубины освещенность резко убывает. Свет поглощается и рассеивается самой водой, растворенными веществами, взвешенными минеральными частицами, детритом и планктонными организмами. В мутных проточных водах уже на глубине 50 см освещенность такая же, как под пологом елового леса, где могут развиваться только самые теневыносливые виды высших растений, однако водоросли активно фотосинтезируют и на такой глубине. В прозрачных водах прикрепленные ко дну (бентосные) водоросли встречаются до глубины 30 м, а взвешенные в толще воды (планктонные) - до 140 м.

Слой воды выше границы обитания фотоавтотрофных организмов называется эвфотической зоной. В море граница эвфотической зоны обычно находится на глубине 60 м, изредка опускается до глубины 100-120 м, а в прозрачных водах океана - приблизительно до 140 м. В озерных, значительно менее прозрачных водах, граница этой зоны проходит на глубине 10-15 м, в наиболее прозрачных гляциальных и карстовых озерах - на глубине 20-30 м.

Оптимальные значения освещенности для разных видов водорослей варьируют в широких пределах. По отношению к свету выделяют гелиофильные и гелиофобные водоросли. Гелиофильные (светолюбивые) водоросли нуждаются в значительном количестве света для нормальной жизнедеятельности и фотосинтеза. К ним относится большинство синезеленых и значительное количество зеленых водорослей, обильно развивающихся в летнее время в поверхностных слоях воды. Гелиофобные (боящиеся, избегающие яркого света) водоросли приспособлены к условиям низкой освещенности. Например, большинство диатомовых водорослей избегает ярко освещенного поверхностного слоя воды и в малопрозрачных водах озер интенсивно развивается иа глубине 2-3 м, а в прозрачных водах морей - на глубине 10-15 м. Однако далеко не все водоросли, живущие в условиях избыточной освещенности, нуждаются в больших количествах света, т. е. являются подлинно гелиофильными. Так, Dunaliella salina - обитатель открытых соленых водоемов и Trentepohlia jolitus, живущая на открытых скалах в горах, способные накапливать масла с избытком каротина, очевидно, играющие защитную роль, по сути являются не светолюбивыми, а светоустойчивыми организмами.

У водорослей разных отделов в зависимости от состава пигментов - фоторецепторов , максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается при разной длине световых волн. В наземных условиях качественные характеристики света довольно постоянны, так же как интенсивность фотосинтеза. При прохождении через воду свет красной и синей области спектра поглощается и на глубину проникает зеленоватый свет, слабо воспринимаемый хлорофиллом. Поэтому там выживают в основном красные и бурые водоросли, имеющие дополнительные фотосинтезирующие пигменты (фикоцианы, фикоэритрины и пр.), способные использовать энергию зеленого света. Отсюда становится ясным огромное влияние света на вертикальное распределение водорослей в морях и океанах: в приповерхностных слоях, как правило, преобладают зеленые водоросли, глубже - бурые, и на наиболее глубоководных участках - красные. Однако подобная закономерность не является абсолютной. Многие водоросли способны существовать в условиях крайне низкой, не свойственной им, освещенности, а иногда и в полной темноте. При этом у них могут происходить определенные изменения в пигментном составе или в способе питания. Так, у синезеленых водорослей в условиях низкой освещенности пигментный состав может изменяться в сторону преобладания фикобилинов (фикоциана, фикоэритрина), цвет трихомов при этом меняется от синезелеиого к пурпурному. Представители многих отделов водорослей (например, Euglenophyta, Chrysophyta) способны при отсутствии света и избытке органических веществ переходить к сапротрофному способу питания.

Движение воды . Огромную роль в жизни водорослей, обитателей водных биотопов, играет движение воды. Абсолютно стоячей, неподвижной воды не существует, и следовательно, практически все водоросли - обитатели текучих вод. В любых континентальных и морских водоемах наблюдается относительное движение водорослей и водных масс, обеспечивающее приток питательных веществ и удаление продуктов жизнедеятельности водорослей. Только в особых крайних условиях водоросли окружены постоянным слоем воды - в толще льда, на поверхности почвы, в пустотах скал, на других растениях и пр. Движение воды в результате ветрового перемешивания наблюдается даже в небольших лужах. В крупных озерах существуют постоянные приливно-отливные течения, а также вертикальное перемешивание. В морях и океанах, образующих по сути единую водную систему, кроме приливно-отливных явлений и вертикального перемешивания, наблюдаются постоянные течения, имеющие огромное значение в жизни водорослей.

Температура . Диапазон температур, в котором может сохраняться жизнь, очень широк: -20 - +100 °С. Водоросли являются организмами, которым свойственны, пожалуй, наиболее широкие диапазоны температурной устойчивости. Они способны существовать в крайних температурных условиях - в горячих источниках, температура которых близка к точке кипения воды, и на поверхности льда и снега, где температуры колеблются около 0 °С.

По отношению к температурному фактору среди водорослей выделяют: эвритермные виды, существующие в широком температурном диапазоне (например, зеленые водоросли из порядка Oedogoniales, стерильные иити которых можно найти в мелких водоемах с ранней весны до поздней осени), и стенотермные, приспособленные к очень узким, иногда экстремальным температурным зонам. К стенотермным относятся, например, криофильные (холодолюбивые) водоросли, растущие только при температурах, близких к точке замерзания воды. На поверхности льда и снега можно встретить представителей различных таксонов водорослей: Desmidiales, Ulotrichales, Volvocales и др. В окрашенных снегах на Кавказе было обнаружено 55 видов водорослей, из которых 18 видов относились к зеленым, 10 - к сииеэеленым, 26 - к диатомовым и 1 вид - к красным. В водах Арктики и Антарктики найдено 80 видов криофильных диатомовых водорослей. Всего известно около 100 видов водорослей, способных активно вегетировать на поверхности льда и снега. Эти виды объединяет способность выдерживать замерзание без нарушений тонких клеточных структур, и затем, при оттаивании, быстро возобновлять вегетацию, используя минимальное количество теплоты.

Водоросли, как уже указывалось выше, нередко выдерживают и высокие температуры, поселяясь в горячих источниках, гейзерах, вулканических озерах, в водоемах-охладителях промышленных предприятий и пр. Такие виды называются термофильными. Предельные температуры, при которых удавалось находить термофильные водоросли, колеблются от 35 - 52 до 84 °С и выше. Среди термофильных водорослей можно обнаружить представителей различных отделов, но подавляющее большинство их относится к синезеленым . Всего в горячих источниках обнаружено более 200 видов водорослей, однако облигатно термофильных видов среди них сравнительно немного. Большинство водорослей, обнаруженных в горячих источниках, способны выдерживать высокие температуры, но обильнее развиваются в условиях обычных температур, т. е. по сути являются мезотермными видами. Действительно термофильными можно считать только два вида: Mastigocladus laminosus и Phormidium laminosum, массовое развитие которых происходит при температуре 45-50 °С. Основная масса водорослей в целом мезотермные организмы, но среди них всегда можно выделить более или менее термофильные, развивающиеся в определенных температурных диапазонах.

Отношение водорослей к температурному фактору влияет на их вертикальное распределение в водоемах. В различных водоемах и водотоках вследствие поглощения солнечного излучения верхними слоями воды прогреваются только эти слои. Теплая вода обладает меньшей плотностью, чем холодная, а вызываемые ветром течения выравнивают ее плотность только до определенной глубины. С началом вегетационного сезона, сезона интенсивного солнечного излучения, в достаточно глубоких континентальных непроточных водоемах возникает очень устойчивая температурная стратификация водных толщ. В этих водоемах образуются ограниченные друг от друга массы воды: теплый и легкий поверхностный слой - эпилимнион и лежащая под ним масса более холодной и плотной воды - гиполимнион. Осенью вода в водоеме охлаждается и температурная стратификация исчезает. В морях и океанах также имеется постоянный слой температурного скачка. Водоросли могут развиваться только в эпилимнионе (а именно в эвфотической зоне), причем наиболее теплолюбивые и светолюбивые организмы поселяются в поверхностных хорошо прогреваемых слоях воды.

Влияние температуры на водоросли, развивающиеся в водной среде, необычайно велико. Именно температура определяет их географическое распространение. Так, виды бурой водоросли рода Lessonia встречаются только в пределах летней изотермы 10° С, виды родов Laminaria, Agarum, Alaria не пересекают летней изотермы 20 °С, некоторые виды Sargassum обитают только при температуре 22-23 °С (Саргассово море). Даже в Балтийском море среди сообществ красных водорослей можно выделить менее теплолюбивые (Furcellaria, Delesseria, Dumontia), обитающие при температурах ниже 4 °С, и более теплолюбивые (Nemalion), обитающие при температурах выше 4 °С. В целом, за исключением широко распространенных эвритермных видов (например, некоторые Fucales), в распространении водорослей наблюдается географическая зональность: конкретные токсоны морских планктонных и бентосных водорослей приурочены к определенным географическим поясам. Так, крупные бурые водоросли (Macrocystis) доминируют в северных морях. По мере продвижения к югу все более заметную роль начинают играть красные водоросли, а бурые отходят на второй план. Отношение количества видов красных и бурых водорослей в арктических морях составляет 1,5, в проливе Ла-Манш - 2, в Средиземном море - 3, а у Атлантического побережья Центральной Америки - 4,6. Данное отношение является важной характеристикой зональной принадлежности бентической флоры.

Среди зеленых водорослей также известны более и менее теплолюбивые виды. Например, Caulerpa prolifera и Cladophoropsis fasciculatus приурочены к экваториальной зоне мирового океана, a Codium ritteri - к северным широтам.

Хорошо выражена географическая зональность и у морских планктонных водорослей. Для морского тропического фитопланктона характерно значительное видовое богатство при очень низкой продуктивности. В планктоне тропических вод черезвычайно богато представлены динофитовые и золотистые водоросли. Воды тропиков бедны диатомовыми водорослями, господствующими в северных морях.

Температурный фактор оказывает влияние и на вертикальное распределение морских планктонных и бентосных водорослей.

Вертикальный оптимум произрастания морских водорослей как правило определяется комплексным воздействием теплового и светового режимов. Известно, что с понижением температуры интенсивность дыхания растений ослабевает быстрее, чем интенсивность фотосинтеза. Момент, когда процессы дыхания и фотосинтеза уравновешивают друг друга называется компенсационной точкой. Условия, при которых устанавливается компенсационная точка являются оптимальными для развития конкретных видов водорослей. В северных широтах в связи с низкой температурой компенсационная точка устанавливается на бóльших глубинах, чем в южных. Таким образом, нередки случаи, когда одни и те же виды водорослей встречаются в северных широтах на больших глубинах, чем в южных.

Очевидно, что температура влияет на географическое распределение этих (и других) водорослей в первую очередь косвенным образом - ускоряя или замедляя темпы роста отдельных видов, что приводит к их вытеснению другими, растущими более интенсивно в данном температурном режиме.

Все перечисленные абиотические факторы действуют на развитие и распределение водорослей в комплексе, компенсируя или дополняя друг друга.

Биотические факторы

Водоросли, входя в состав экосистем, как правило связаны с остальными их компонентами множественными связями. Претерпеваемые водорослями прямые и косвенные воздействия, обусловленные жизнедеятельностью дру­гих организмов, относят к биотическим факторам.

Трофические факторы. В большинстве случаев водоросли в экосистемах выступают как продуценты органического вещества. В связи с этим важнейшим фактором, ограничивающим развитие водорослей в конкретной экосистеме, является наличие консументов, существующих за счет поедания водорослей. Например, развитие сообществ с доминированием видов рода Laminaria у Атлантического побережья Канады лимитируется численностью морских ежей, питающихся преимущественно этой водорослью. В тропических водах в зонах коралловых рифов встречаются районы, в которых рыбы полностью выедают зеленые, бурые и красные водоросли с мягкими слоевищами, оставляя несъеденными синезеленые водоросли с жесткими обызвествленными оболочками. Наблюдается нечто подобное влиянию интенсивного выпаса на луговые сообщества высших растений. Брюхоногие моллюски также в основном питаются водорослями. Ползая по дну они поедают микроскопические водоросли и проростки макроскопических видов. При массовом развитии этих моллюсков могут происходить серьезные нарушения в водорослевых сообществах литорали.

Аллелопатические факторы. Влияние водорослей друг на друга нередко обусловлено различными аллелопатическими связями. Бентосные водоросли, например, начинают оказывать взаимное влияние с момента оседаний и прорастания спор. Экспериментально доказано, что зооспо­ры Laminaria ие прорастают в соседстве с фрагментами слоевищ бурой водоросли из рода Ascophylum.

Конкуренция . На развитии отдельных видов водорослей могут сказываться и отношения конкуренции. Так, виды рода Fucales обычно обитают в зоне приливов, подвергаясь периодическому (иногда до двух суток) пересыханию. Ниже, в постоянно затопляемой зоне, как правило располагаются плотные заросли других бурых и красных водорослей. Однако в тех местах, где эти заросли не очень плотные, Fucales произрастают и на большей глубине.

Симбиоз . Особый интерес представляют случаи сожительства водорослей с другими организмами. Чаще всего водоросли используют живые организмы как субстрат. По характеру субстрата, на котором поселяются водоросли обрастаний, среди них выделяют эпифиты, поселяющиеся на растениях, и эпизоиты, живущие на животных. Так, на обызвествленных раковинах моллюсков нередко можно встретить виды родов Cladophora или Oedogonium, в обрастаниях губок обычны некоторые зеленые, синезеленые и диатомовые водоросли. В сообществах обрастаний между растением-хозяином и растением-обрастателем устанавливаются непрочные и кратковременные связи.

Водоросли могут жить также в тканях других организмов - как внеклеточно (в слизи, межклеточниках водорослей, иногда в оболочках мертвых клеток), так и внутриклеточно. Водоросли, живущие в тканях или в клетках других организмов называют эндофитами. Внеклеточные и внутриклеточные эндофиты из числа водорослей образуют довольно сложные симбиозы - эндосимбиозы. Для них характерно наличие более или менее постоянных и прочных связей между партнерами. Эндосимбиоитами могут быть самые разные водоросли - синезеленые, зеленые, бурые, красные и другие, но наиболее многочисленны эндосимбиозы одноклеточных зеленых и желтозелеиых водорослей с одноклеточными животными. Водоросли, участвующие в них, носят название зоохлорелл и зооксантелл.

Желтозеленые и зеленые водоросли образуют эндосимбиозы и с многоклеточными организмами - пресноводными губками, гидрами и пр. Своеобразные эндосимбиозы синезеленых водорослей с простейшими и некоторыми другими организмами получили название синцианозов. Возникающий при этом морфологический комплекс называют цианомом, а синезеленые водоросли в нем - цианеллами. Нередко в слизи одних видов синезеленых могут поселяться другие виды этого отдела. Обычно оии используют уже готовые органические соединения, образующиеся в изобилии при распаде слизи колонии растения-хозяина, и интенсивно размножаются. Иногда их бурное развитие приводит к гибели колонии растения-хозяина.

Среди симбиозов, образуемых водорослями, наибольший интерес представляет их симбиоз с грибами, известный под названием лишайникового симбиоза, в результате которого возникла своеобразная группа растительных организмов, получившая название «лишайники ». Этот симбиоз демонстрирует уникальное биологическое единство, которое привело к появлению принципиально нового организма. Вместе с тем каждый партнер лишайникового симбиоза сохраняет черты той группы организмов, к которой он относится. Лишайники представляют собой единственный доказанный случай возникновения нового организма в результате симбиоза двух.

Антропогенные факторы

Как и всякое другое живое существо, человек как член биоценоза является биотическим фактором для остальных организмов экосистемы, в которой ои находится. Прокладывая каналы и сооружая водохранилища, человек создает новые местообитания для водных организмов, нередко принципиально отличающиеся от водоемов данного региона по гидрологическому и тепловому режиму. В настоящее время уровень продуктивности многих континентальных водоемов часто определяется не столько природными условиями, сколько общественными и экономическими отношениями. Сбросы сточных вод нередко приводят к обеднению видового состава и гибели, водорослей или к массовому развитию отдельных видов. Первое происходит при сбросе в водоем токсических веществ, второе - при обогащении водоема биогенными веществами (особенно соединениями азота и фосфора) в минеральной или органической форме - т. и. антропогенное эвтрофирование водоемов. Во многих случаях стихийное обогащение водоема биогенными веществами происходит в таком масштабе, что водоем как экологическая система оказывается перегруженным ими. Следствием этого является чрезмерное бурное развитие водорослей - «цветение воды». На водоросли, особенно аэрофитные и почвенные, могут оказывать влияние и атмосферные выбросы токсических промышленных отходов. Часто последствия непроизвольного или целенаправленного вмешательства человека в жизнь экосистем имеют необратимый характер.

Цели : систематизировать и обобщить знания учащихся о водорослях как особой группе растительных организмов, развивать познавательный интерес к предмету, внимательность, взаимоуважение, умение работать в группе.

Оборудование: таблицы “Одноклеточные водоросли”, “Многоклеточные водоросли”, “Бурые и красные водоросли”; комплекты карточек-заданий на 4-5 групп.

Тип урока: обобщение и систематизация знаний.

План урока:

1. Организационный момент, знакомство с правилами и особенностями проведения урока.
2. Работа в группах.
3. Подведение итогов.

Ход урока

Класс по принципу жеребьевки делится на 4-5 команд. Также из числа сильных учеников по желанию выбираются помощники учителя (жюри 2 человека) для подсчета баллов. Первое и третье задания выполняются письменно в процессе групповой работы. Второе задание – вопрос, который вытягивает капитан каждой команды из черного ящика, обсуждается в группе и представляется на суд жюри. Возможны дополнения ответов со стороны соперников. При подсчете результатов выявляются команды-победители, участники которых получают максимальную отметку. Особо поощряются также наиболее активные учащиеся из менее успешных команд.

Задание №1 “Кроссворд”

По вертикали:

1. Бурая водоросль.
2. Красная водоросль, употребляемая человеком в пищу.
3. Водоросль, которая может развиваться на поверхности льда и снега.
4. Особые выросты водорослей, служащие для их прикрепления к грунту.
5. Нитчатая водоросль.
6. Колониальная зеленая водоросль.
7. Что образуется в водоемах из зеленой водоросли спирогиры?
8. Как еще называются красные водоросли?

По горизонтали:

1. Органоид передвижения одноклеточных водорослей.
2. Какие вещества определяют окраску водорослей?
3. Тело водорослей.
4. Органоид водорослей, содержащий хлорофилл.
5. Группа водорослей, клетки которых располагаются в один ряд друг за другом.
6. Какую бурую водоросль называют “морской капустой”?
7. Подвижные клетки со жгутиками, образующиеся при бесполом размножении водорослей.
8. Зеленая водоросль, называемая “морской салат”.
9. Самые глубоководные водоросли.

(Ответы:

По вертикали: 1 – Фукус; 2 – Порфира; 3 – Хламидомонада; 4 – Ризоиды; 5 – Улотрикс; 6 – Вольвокс; 7 – Тина; 8 – Багрянки.

По горизонтали: 1 – Жгутик; 2 – Пигменты; 3 – Слоевище; 4 – Хроматофор; 5 – Нитчатые; 6 – Ламинария; 7 – Зооспоры; 8 – Ульва; 9 - Красные).

Задание №2 “Почемучка”

1. У деревьев и других растений, произрастающих на суше, вода и минеральные соли передвигаются по сосудам древесины снизу вверх (от корней к листьям). Органические же вещества передвигаются по сосудам луба от листьев к корням. У водорослей нет проводящей системы. Как у водорослей происходит обмен веществ?
2. Водоросли, как и все растения, нуждаются в солнечном свете, однако многие морские водоросли могут жить только на больших глубинах, куда он слабо приникает. Эти водоросли имеют красную и коричневую окраску. Дайте объяснение подобному явлению.
3. Большинство водорослей произрастает в воде, однако водоросли, которые растут в приливно-отливной зоне морей и океанов, часть суток находятся вне воды, что им совсем не вредит. Какие приспособления имеются у водорослей, помогающие им переносить неблагоприятные условия?
4. Давно замечено, что в северных морях, где вода холодная, водоросли растут значительно лучше, чем в морях южных широт. Объясните это явление.
5. В результате хозяйственной деятельности человека некоторые водоемы сильно загрязнены, вода в них стала мутной, непрозрачной. Почему в этих водоемах водоросли погибают?

(Ответы :

1. Водоросли – низшие растения, они не имеют ни корней, ни стеблей, ни листьев. Растение находится в воде, клетки его поглощают с водой питательные вещества; процесс фотосинтеза идет в каждой клетке водоросли.
2. Глубоководные водоросли поглощают невидимую часть солнечного спектра, которая проникает на большие глубины. Поэтому они имеют красную и коричневую окраску.
3. Многие водоросли покрыты студенистым веществом, которое замедляет испарение воды.
4. В северных морях водоросли растут лучше, потому что в холодной воде растворяется больше кислорода, который необходим для дыхания растению.
5. Водоросли погибают из-за недостаточного количества света, что приводит к угнетению фотосинтеза.

Задание №3 “Угадайка”

1. Живут в пресной и соленой воде, в почве, на коре деревьев, на снегу.
2. Обитатели морей.
3. Живут на значительной глубине.
4. Живут на незначительной глубине, образуя фитопланктон.
5. Глубина, на которой живу, - не более 30-50 м.
6. Преобладает бурый фотосинтезирующий пигмент – фукоксантин.
7. Заросли этих водорослей в Атлантическом океане образуют море без берегов – Саргассово море.
8. Другое название этих водорослей – багрянки.
9. Усваивают красные и синие лучи солнечного спектра.
10. Хлорофилл содержится в хроматофоре.
11. Обитают в теплых морях, но встречаются и в морях Северного Ледовитого океана.
12. Являются звеном в цепи питания.
13. Представитель этого отдела – водоросль Хлорелла, – при космических полетах может обеспечивать космонавтов кислородом и питательными веществами.
14. Среди них – самые крупные в мире растения. Грушеносный макроцистис – длина от 150 до 300 м.
15. Представитель этого отдела – Хламидомонада, – служит для очистки сточных вод.
16. Имеют воздухоносные полости, чтобы держать слоевище на плаву.
17. Из них получают агар-агар.
18. Служат убежищем для морских животных.
19. При интенсивном размножении этих водорослей вода “зацветает”, что может привести к гибели водных животных, так как продукты жизнедеятельности некоторых из них ядовиты.
20. Для фотосинтеза используют синюю часть спектра.
21. В приморских районах водоросли, собираемые на берегу после шторма, используются как удобрения.
22. Фотосинтезирующие пигменты: хлорофилл и фикобилины.
23. Для фотосинтеза используют желтую, оранжевую и зеленую часть спектра.
24. Некоторые виды могут окрашивать снег в зеленый или красный цвет.
25. Из них получают спирт, уксусную кислоту, йод.

(Ответы :

Литература.

1. Демьянков Е. Н. Биология в вопросах и ответах. – М.: Просвещение, 1996. – 80 с.
2. Калинова Г. С., Мягкова А. Н. 900 вопросов и заданий по биологии. Растения. Бактерии. Грибы. Лишайники. – М.: Аквариум ЛТД, 2001. – 224 с.
3. Парфилова Л. Д. Тематические игры по ботанике: Методическое пособие. – М.: ТЦ Сфера, 2002. – 160 с.
4. Пономарева И. Н. Биология: 6 класс. – М., Вентана-Граф, 2010. – 240 с.