Отдел Зеленые водоросли
С эволюционной точки зрения зеленые водоросли (Chlorophyta) представляют собой чрезвычайно важную группу: некоторые из них не только имеют сложные дифференцированные многоклеточные тела, но и переместились на сушу, дав начало эмбриофитам — настоящим растениям. Возможно из-за того, что большинство знакомых нам животных и растений сухопутные и многоклеточные, мы не осознаём насколько сложен был этот процесс.
Истинная многоклеточность среди зелёных водорослей развивалась несколько раз. Но переход к сложной форме организации фотосинтететического аппарата, нужного при жизни на суше, был настолько труден, что произошёл, по-видимому, только однажды.
Зелёные водоросли чрезвычайно эволюционно пластичны. Они выживают в разных катаклизмах, когда большинство растений погибают. Специализированные клетки есть и в других группах водорослей (бурых и красных), но их метаболизм не переносит экологических изменений. Немногие из них могут жить в почве, в воздушной среде, внутри животных, как это делают зелёные водоросли.
Их можно встретить в прибрежных морских водах и в открытом океане в виде фитопланктона. Отдельные представители, способные переносить условия экстремального засоления, найдены на дне океана в сообществах гидротерм и в пустынях. Менее экзотические виды поселяются на поверхности скал, шерсти животных и коре деревьев. Виды Хлорофита (Chlorophyta) образуют симбиотические отношения с грибами (в результате возникают лишайники), простейшими, губками и кишечнополостными.
Зелёные водоросли чрезвычайно разнообразны. Изучая их, мы понимаем, что метаболизм и организация покрытосеменных растений и человека не единственные успешные эксперименты эволюции в решении биологических проблем.
В хлоропластах зелёных водорослей, как и у высших растений, присутствуют хлорофиллы a и b, а также каротины и ксантофиллы. Их клеточная стенка образована особым видом целлюлозы и пектиновыми веществами. Запасное вещество — крахмал, реже масло. Зелёные водоросли обитают главным образом в пресных водоёмах, но встречаются также морские, наземные и почвенные виды.
Самая древняя форма — это подвижная одиночная клетка. И сегодня существует много одноклеточных зелёных водорослей. Но есть и другие типы строения тела зелёных водорослей.
Жизненные циклы зеленых водорослей
Тип жизненного цикла, представляющий собой чередование гетероморфных (гаметофит и спорофит) поколений, прослеживается у многих зелёных водорослей. У одноклеточных водорослей, таких как эвгленовые, не имеющих полового процесса, жизненный цикл представляет собой простой клеточный цикл. Их воспроизводство обеспечивают митоз и цитокинез.
С развитием полового процесса у водорослей происходит два критических изменения:
· появляется мейоз, выделяющий гаплоидный набор хромосом;
· возникает половой процесс, при котором происходит соединение двух гаплоидных наборов хромосом в один диплоидный.
Ни один многоклеточный организм на Земле не является бесполым, не исключение здесь и зелёные водоросли. Простейший их жизненный цикл выглядит следующим образом:
· диплоидная клетка подвергается мейозу;
· каждая новая гаплоидная клетка существует как самостоятельный одноклеточный организм, способный к митозу. Клеточное деление одноклеточных одновременно является и их бесполым размножением;
· некоторые из этих клеток действуют в качестве гамет. Они сливаются и производят диплоидную зиготу, которая также способна размножаться бесполым путём — при помощи митоза;
· некоторые из этих клеток снова подвергаются мейозу.
Гаметы, зиготы и организмы водорослей различаются мало, так как ни один из них не является специализированным. Как гаплоидные, так и диплоидные клетки способны расти, делиться и размножаться. Такое чередование поколений (гаплоидная и диплоидная стадии) называется дибионтическим.
У монобионтических видов существует только одно свободно живущее поколение. У некоторых монобионтных видов гаплоидная фаза — это индивидуальный организм, а единственной их диплоидной стадией является зигота, способная только к мейозу, а не к размножению митозом и росту. Как у многоклеточных, так и у одноклеточных гаплоидные организмы этого типа способны к фотосинтезу и росту. У другой группы монобионтов диплоидная фаза представляет собой вегетативную фазу роста. А их единственными гаплоидными клетками являются гаметы, которые способны только к сингамии.
У дибионтных видов зелёных водорослей обе стадии являются многоклеточными: гаметофит (гаплоидная фаза) и спорофит (диплоидная фаза). Их гаметофит и спорофит:
· могут сильно походить друг на друга (изоморфия);
· быть очень разными по внешнему виду и строению (гетероморфия), что позволяет им колонизировать различные экологические ниши. Они как бы являются разными организмами и гаметофит не конкурирует со спорофитом.
Все спорофиты, как водорослей, так и эмбриофитов, производят споры при мейозе. Эти споры диплоидны и дают начало новой бесполой стадии размножения — спорофиту. Гаметофиты некоторых водорослей тоже производят споры, но путём митоза, они гаплоидны и развиваются в новый гаметофит, также представляющий собой бесполую стадию жизненного цикла.
В некоторых случаях водоросли размножаются фрагментацией, которая похожа на вегетативное размножение покрытосеменных. Они производят отростки вдоль края таллома, которые отделяясь от материнского тела, становятся самостоятельными организмами.
Половые клетки на ранних стадиях эволюции были одинаковыми (изогамными). Позже появилось незначительное различие между гаметами (анизогамия) и сильные различия (оогамия). Гаметы водорослей вырабатываются в гаметангиях. Сперматозоиды, или микрогаметы, образуются в микрогаметангиях, а яйцеклетки, или макрогаметы — в макрогаметангиях.
Споры формируются в спорангиях, в зависимости от размера спор, они появляются либо в мегаспорангиях, либо в микроспорангиях. Важнейшим отличием водорослей от настоящих растений является то, что их гаметангии и спорангии имеют клеточный уровень организации. Отдельные клетки развиваются в гаметы или споры внутри клетки, а когда они выходят из неё, там не остаётся ничего кроме пустых камер.