Водорості

Відео: Водорості

Водорості (лат. Algae) - гетерогенна група, що охоплює кілька різних груп щодо простих за структурою живих організмів, які отримують необхідну для життєдіяльності енергію через фотосинтез, що мешкають переважно у водному середовищі або вдруге пристосувалися до проживання в грунті та інших наземних місцезростаннях. Водорості традиційно розглядалися як нижчі рослини і дійсно, деякі з них близько пов`язані з вищими рослинами (Зелені водорості). Однак, інші представляють різні групи найпростіших, поряд з тими, які традиційно вважалися подібними тварин (наприклад, Apicomplexa). Виникли історично в різний час, і ймовірно, від різних предкової форм (поліфілетічно), різні групи водоростей розвивалися самостійно і лише в результаті еволюційних процесів придбали багато схожих рис.

Наука про водорості називається альгології.

Загальні відомості

Водорості - група організмів поліфілетічного походження, що поєднують під наступними ознаками: наявність фотосинтетичних пігментів, що визначають їх різноманітне забарвлення і здатність до оксигенів фотосинтезу. Крім того, до водоростей додають деякі безбарвні організми, вдруге втратили фотосинтетичні пігменти (теорія ендосімбіозу) і здатність до фототрофних харчування, проте мають з водоростями близьку генетичну спорідненість. Деякі водорості здатні до гетеротрофів, як осмотрофное (поверхнею клітини), так і шляхом активного захоплення їжі (деякі евгленові, динофітові). Розміри водоростей коливаються від мікрона (більшість одноклітинних водоростей) до 40 м (Бурі водорості). Талом - вегетативне тіло водоростей, може бути як одно- так і багатоклітинних. Серед багатоклітинних є і одноклітинні (наприклад, спорофіт бурих водоростей). Серед одноклітинних є колоніальні форми - певна парна кількість клітин, які з`єднані між собою через плазмодесми або оточені загальним слизом.

Серед водоростей на сьогодні описано понад 60 тис. Видів, разом з тим очікуване різноманіття за оцінками різних авторів знаходиться в межах 500 тис. - 10 млн. Видів. Об`єднують водорості в різну кількість видів. Але у всіх системах один відділ - синьо-зелені водорості (ціанобактерії) - відноситься до прокаріотів, інші - до еукаріот.

цитологія

Цитологічні ознаки водоростей цілком типовими для інших еукаріот (наявність ядра, комплексу Гольджі, мітохондрій). Разом з тим вони мають специфічні ознаки, властиві тільки рослинною (наявність клітинної оболонки, хлоропластів, вакуолей і ін.) Або тільки тваринам організмам (руховий апарат, центриоли). Синьо-зелених водоростей за будовою нагадують бактерії, разом з якими їх відносять до доядерних (прокариотических) організмів.

До цитологічних ознак, є систематичними ознаками на рівні відділів відносяться наступні ознаки:

ознаки, що відображають спорідненість таксонів за кліткою-хазяїном (покриви, ядерний апарат);
система мікротрубочковіх органел (Базальне апарат і веретено поділу);
фотосинтетичний апарат;
мітохондріальний апарат.
морфологічна структура

Перш різноманітність водоростей простежується в зовнішньому вигляді. Вони можуть мати абсолютно просту будову і зовсім незначні розміри, або навпаки, величезні розміри і тканинну будову. Так звані плани будови водоростей, що мають важливу діагностичну ознаку, називають типами морфологічної структури. Різні автори виділяють різну кількість таких типів:

монадної
гемімонадній
кокоідній
нитчастий (тріхальній)
різнонітчатій (гетеротріхальній)
тканинний
сіфональній
сіфонокладальній
Розмноження та цикли розвитку

Розмноження у водоростей відбувається двома шляхами: статевим і нестатевим. Відповідно при нестатеве розмноження дочірні особини успадковують такий геном, є ідентичним до батьківського генома, за винятком мутаційних процесів. При статевому розмноженні дочірні геноми відрізняються від батьківських, так як утворення нового покоління передує процес кросинговеру.

Нестатеве розмноження водоростей умовно можна розділити на два типи:

споруляции розмноження за допомогою спеціалізованих клітин (спор)
вегетативне (частиною талому)
споруляції

Розмноження за допомогою спеціалізованих клітин - суперечка - проходить шляхом ділення протопласта клітини (спорангії) на частини з подальшим виходом продуктів поділу з оболонки батьківської клітки. Спорангии часто не відрізняються від звичайних вегетативних клітин, але іноді виникають як їх вирости, виконуючи лише функцію утворення спор. Спори бувають кулясті, еліпсоїдними, яйцевидні, тетраедричних, покритими клітинною оболонкою або ж без неї. Кількість спор може коливатися від однієї (наприклад, в роду Oedogonium) до кількох сотень (в зелених Chlorophyta і бурих Phaeophyta водоростей). Згідно здатності до активного руху суперечки поділяють на рухомі з джгутиками (зооспори), нерухомі з клітинними покривами (гемізооспори), апланоспори і автоспори і малорухливі амебоидние, позбавлені джгутиків (моноспори, діспори і тетраспори). Синьо-зелених (Cyanophyta) мають два типи суперечка: ендоспори, утворилися всередині спорангії результаті дроблення його вмісту, і екзоспори, що виникають як виріст протопласта на верхівці клітин.

вегетативне розмноження



Вегетативне розмноження у одноклітинних водоростей відбувається переважно шляхом поділу клітини надвоє. У багатоклітинних і колоніальних представників вегетативне розмноження частіше пов`язане з фрагментацією талому і колоній відповідно. Причиною розпаду талому можуть бути різні фактори, як: механічні (дія хвиль, течій, виедание тваринами), відмирання частини клітин або порушення зв`язку між ними (наприклад, в Cyanophyta). Освічені таким шляхом фрагменти багатоклітинних водоростей цієї групи називаються гормогоніями.

статеве розмноження

Статеве розмноження у водоростей прямо пов`язане з статевим процесом, який складається в злитті двох клітин, в результаті чого утворюється зигота. Є різні типи статевого процесу. Наприклад, в найпростішому випадку статевої процес полягає в злитті двох рухливих клітин, не мають клітинної оболонки і називається гологамия. Статевий процес у формі злиття двох безджгутіковіх вегетативних клітин, що мають клітинні оболонки, називають кон`югацією. Найчастіше статевий процес у водоростей складається в злитті спеціалізованих клітин (гамет) і називається гаметогамия. Залежно від розмірів і будови гамет, розрізняють три форми гаметогамия - изогамия (обидві гамети рухливі, однакового розміру і будови), гетерогамия (жіноча клітина більше чоловічу, але схожа на неї за будовою, обидві рухливі) і оогамия (жіноча гамета - яйцеклітина нерухома і значно більше рухливу чоловічу гамету, що називається сперматозоїд або антерозоіди).

систематика

Походження, філогенія та еволюція

Місце водоростей в сучасній системі органічного світу є у обох Надцарство органічного світу: Procaryota і Eucaryota. Питання про походження водоростей довгий час був дискусійним, власне, як і питання про походження еукаріот. В даний час загальновизнаною теорією є синтетична гіпотеза походження еукаріот. Ця гіпотеза об`єднує уявлення про автогенетічного походження клітини (шляхом дарвінівської еволюції) і симбиогенеза гіпотезу (виникнення евкаріотічноі клітини шляхом серії ендосімбіозів між різними організмами). Так, було доведено автогенетічне походження ядра і одномембранних органел і симбиогенеза походження пластид і мітохондрій. Виникнення різних груп водоростей відбувалося, очевидно, різними шляхами, про що свідчать результати молекулярно-генетичних, морфологічних і біохімічних досліджень.

Значення в природі

Водорості відіграють важливу роль в синтезі органічної речовини на Землі. У комплексі організмів, які здійснюють кругообіг речовин в природі (продуценти - консументи - редуценти), водорості разом з автотрофними бактеріями і вищими рослинами складають ланку продуцентів, за рахунок яких існують всі інші безхлорофільна організми планети.

Водорості виступають продуцентами також в наземних місцезростаннях, зокрема найчастіше в таких, які є малопридатними для життя вищих рослин. У таких біотопах вони створюють умови для існування бактерій, грибів і тварин. Наприклад, у водоймах водорості є основним джерелом харчування безхребетних тварин, якими, в свою чергу, харчуються хребетні, в тому числі і риби. Цілком очевидно, що продуктивність зариблено водойми залежить від продуктивності її водорослевой складової. Беручи участь в процесах кругообігу речовин в природі, водорості є активними агентами самоочищення водойм, а також первинних ґрунтотвірних процесів і відновлення родючості грунтів.

В геологічному літописі нашої планети водорості також залишили відбиток у вигляді строматолитов, диатомитов і вапняків.

Екологія

Можна виділити наступні основні угруповання водоростей:

планктонні водорості (Фітопланктон)


Діатомові водорості - представник фітопланктону
Що мешкають в товщі води у завислому стані, для чого зазвичай мають спеціальні морфологічні пристосування. Поширені повсюдно: від калюжі до океану. Відсутні тільки в гарячих термальних джерелах і в чистих прильодовикової водах. Не знайдені також в печерних озерах і на великій глибині, де відсутня достатня кількість сонячної енергії для фотосинтезу. Вони є основним, а в деяких випадках єдиний продуцентом органічної речовини, на основі якого в водоймі існує все живе.

нейстонні водорості

Живуть в поверхневій плівці води і не є планктонними організмами. Деякі нейстонні організми знаходяться на поверхневій плівці натягу (епінейстон), інші - під нею (гіпонейстон). У деяких випадках нейстонні організми розвиваються в таких кількостях, що покривають воду суцільною плівкою і мають вирішальне значення в подальшій долі водойми.

бентосні водорості (Фітобентос)

Розвиток водоростей в конкретному місцезростання обумовлений як абіотичних, так і біотичних факторами. Окремі види бентосних водоростей ростуть на різній глибині і в різних гідрохімічних і гідрологічних умовах на дні водойми у вільному або прикріпленому стані. Умовно розрізняють такі екологічні групи бентосних організмів: епіліти (на твердому субстраті) і епіпеліти (на м`якому субстраті), епіфіти (на поверхні рослин), ендоліти (в вапнякових відкладеннях), а також паразитичні і симбиогенеза форми. У континентальних водоймах серед бентосних водоростей переважають діатомові, зелені, синьо-зелені і жовтозелені водорості, тоді як основними жителями океанів і морів є бурі і червоні водорості.

періфітона водорості

Живуть на поверхні різних субстратів, на розділі рідкої і твердої фаз. В якості субстратів для обростання можуть виступати інші водорості, водні тварини і рослини і їх залишки, а також штучні і природні тверді мінеральні субстрати. Зазвичай можуть мати спеціальні органи для прикріплення, утворення яких обумовлене як морфологічно (різноманітні вирости) і хімічно (слиз). Поряд з молюсками створюють певні труднощі при експлуатації суден і гідротехнічних споруд.

Наземні водорості і лишайники

Які проживають за водоймами. Протягом майже всього життя оточені повітрям, тому їх ще називають аерофітніми. Поселяються на стовбурах дерев, кущів та кущиків, скелях і каменях. Мають пристосування до виживання в наземному середовищі, живуть в симбіотичних асоціаціях з мікобіоти (лишайники).



грунтові

Живуть як на поверхні грунту, утворюючи іноді розростання у вигляді плівок, так і в глибині грунту, де зустрічаються на глибині 2-2,7 м. Краще розвиваються у поверхні на глибині 0,2-1,0 см. Перш за все, це пов`язано з такими необхідними умовами, як вологість, аерація і освітленість. Відіграють велику роль в ґрунтотвірних процесах.

Водорості гарячих вод

Вегетируют при температурі +35 ° C до +52 ° C, в окремих випадках +75 ° C, +80 ° C і до +84 ° C, часто в умовах підвищеної концентрації органічних речовин і мінеральних солей.

Водорості солоних водойм


Dunaliella salina в розсолі
Вегетируют як при слабкій, так і підвищеної концентрації солей у воді (іноді до 285-347 г / л). Деякі з них (наприклад, Dunaliella salina) використовують для промислового культивування для отримання каротиноїдів.

Водорості вапнякових відкладень

Живуть як у водному середовищі, так і поза ним. Можуть руйнувати (шляхом виділення органічних кислот) і створювати (виділяючи кальцій) вапнякові породи.

Співжиття з іншими організмами

Так як водорості є повсюдно поширеними організмами, тому вступають в різні форми взаємовідносин з іншими організмами. Крім взаємодій водоростей з рослинами, грибами (лишайники) і власне водоростями, вони живуть і на тварин. Наприклад, є симбіонти, які живуть в клітинах інших організмів, зокрема безхребетних. Так, зелена водорість роду Хлорелла (Chlorella) поселяється в вакуолях інфузорії Paramecium bursaria. Цікаве екологічне угруповання становлять епізоіти, що мешкають на ракоподібних, коловертки і ін. Паразитичні водорості, що мешкають в кишечнику черв`яків, нематод, амфібій, відомі серед евгленофітовіх і динофітових водоростей.

Застосування в житті людини

Важливо помітити їх пряме і непряме значення в медицині, техніці, хімічній промисловості. Умовно можна виділити наступні сфери застосування водоростей:

Xарчова


Японські цукерки виготовлені з комбу
Людина здавна використовує водорості в харчовій промисловості, а саме в сфері рибного та сільського господарства. З океанічних і морських узбережжях морські водорості вживають в їжу майже повсюдно, але в Японії вони є національним блюдом. В європейських країнах водорості широко використовують як харчову добавку. Найбільш популярною є так звана морська капуста. Головним чином, це ламінарія і близькі до неї види бурих водоростей. Продукти, які отримують з цих водоростей, в Японії відомі під назвою «комбу». Найчастіше вживають замість звичайної капусти в супах, з рибними та м`ясними стравами. Вживають і в кондитерських виробах.

Крім морських водоростей, в їжу вживають також прісноводні і наземні водорості, як ось Nostoc pruniforme (носток слівовідной), Nostoc commune (носток звичайний), Nostoc flagelliforme (носток повстяний).

Фармацевтична

З водоростей отримують також агар-агар, агароида і альгінати. Використовують як і джерело каротиноїдів (Dunaliella salina) і в якості джерела харчового йоду (морські водорості).

Технічна

Водорості використовують у космічній техніці, виробництві біопалива та в якості агентів очищення стічних вод, модельних об`єктів для оцінки стану навколишнього середовища. Є й інша сторона: це обростання гідротехнічних споруд, забивання фільтрів насосних станцій та ін. Розглядаються як перспективні об`єкти культивації для очищення газів і отримання біомаси (отримання целюлози) і масла (отримання біодизелю).

Науково-дослідницька

Водорості завдяки особливостям життєвого циклу, клітинної будови, високої продуктивності і зручності культивування (більшості водоростей) досить зручними модельними об`єктами біологічних досліджень різних напрямків - від вузько спеціалізованих (філогенія водоростей, дослідження цитології та молекулярної біології, дослідження фотосинтезу), так і прикладних (наприклад, для застосування в техніці).

Увага, тільки СЬОГОДНІ!