Водоросли – древнейшие представители растительного мира: они возникли более 900 млн лет назад. Общее число видов водорослей составляет более 20 тыс. Размеры и строение водорослей очень разнообразны. Среди многочисленных представителей этой группы встречаются одноклеточные организмы – как пассивно плавающие в воде (например, хлорелла), так и передвигающиеся с помощью жгутиков (хламидомонада). Колониальные формы могут включать от нескольких до сотен клеток, как, например, вольвокс. Многоклеточные нитчатые водоросли образуют тину у дна и в толще воды. Многие формы многоклеточных водорослей (например, морская капуста ламинария) образуют заросли на морском дне. Они прикреплены к субстрату выростами – ризоидами. В Атлантическом океане, вблизи Азорских островов, на мелководье обосновалась занесённая сюда течением от побережья Мексики водоросль саргассум. Её скопления занимают такую большую площадь, что дали название морю – Саргассово.
Благодаря постоянству условий жизни в водной среде, в которой водоросли возникли и пережили целые геологические эпохи, они сохранились до наших дней в формах, мало отличающихся от первоначальных.
Строение водорослей. Для многоклеточных водорослей наиболее существенным признаком является отсутствие, даже при сложном внешнем строении тела, настоящих тканей и органов – стеблей, листьев и корней, типичных для высших растений. Такое не расчленённое на ткани и органы тело называется слоевищем или талломом.
В большинстве случаев клетки таллома окружены стенкой, состоящей из целлюлозы и других веществ. Нередко наружная поверхность клеточной стенки одета слизью, у многоклеточных форм тело инкрустировано песчинками. Цитоплазма заполняет всю полость клетки или расположена постенно. Одна крупная или несколько мелких вакуолей заполнены клеточным соком. В клетке находится одно или несколько ядер и хроматофор, содержащий пигменты.
Питание водорослей в основном автотрофное; хлорофилл и другие пигменты находятся в хроматофорах. Но есть водоросли бесцветные: в процессе эволюции они утратили хлорофилл в связи с приспособлением к обитанию на больших глубинах, куда солнечный свет не проникает, – такие водоросли питаются гетеротрофно.
Бесполое размножение хламидомонады
Деление хламидомонады
Размножение водорослей. Водоросли размножаются половым и бесполым путём. Бесполое размножение осуществляется специальными клетками – спорами и зооспорами, которые образуются из вегетативных клеток. Споры неподвижны, а зооспоры могут передвигаться с помощью жгутиков. Те и другие покрыты оболочкой и образуются в большом количестве. Зооспоры после непродолжительного движения теряют жгутики и прорастают в новую водоросль, как и обычные споры.
Вегетативное размножение у некоторых одноклеточных водорослей происходит делением клеток надвое, у многоклеточных, например у нитчатых, – частями слоевища, у колониальных – распадением колоний.
Как правило, бесполым способом водоросли размножаются в благоприятных условиях. При ухудшении условий существования (высокая или низкая температура, накопление продуктов обмена в среде обитания при высокой плотности заселения, загрязнение водоёмов) они приступают к половому размножению.
В основе полового размножения лежит слияние двух половых клеток – гамет. Мужские и женские гаметы могут развиваться на одной особи или на разных. В результате слияния гамет формируется зигота, из которой после прорастания, как правило, образуется слоевище. При половом размножении потомство наследует признаки обеих родительских особей и в результате этого обладает новым сочетанием свойств, что увеличивает его шансы на выживание.
У одного и того же вида водорослей в зависимости от времени года и внешних условий наблюдается смена бесполого и полового размножения. Растение, образующее споры, называется спорофитом, а растение, производящее гаметы, – гаметофитом. У подавляющего большинства водорослей гаметофит и спорофит – самостоятельные растения. В ряде случаев на одном растении могут поочерёдно образовываться и споры, и гаметы.
Половое размножение хламидомонады
Заросли нитчатых водорослей
Жизненный цикл водоросли ульвы
Значение водорослей. Экологическая роль водорослей как производителей органического вещества велика. Различные группы водорослей приспособились к обитанию в разных условиях (например, на разных глубинах) благодаря образованию в их клетках неодинаковых пигментов: зелёного, оранжевого, красного и других, позволяющих осуществлять фотосинтез наиболее эффективно даже при очень низкой освещённости.
Некоторые водоросли сохраняют жизнеспособность при очень низких, а другие – при высоких температурах. Так, в полярных и высокогорных условиях они живут даже на снегу, нередко окрашивая его в красный, зелёный, бурый, жёлтый цвета (хламидомонада снежная). Многие водоросли не погибают под покровом снега и льда.
Отдельные виды, попадая вместе с бактериями на бесплодные субстраты, становятся пионерами их заселения. Водоросли живут на почве, в почве и даже в атмосферном воздухе, например некоторые виды хлореллы. Многие почвенные водоросли активно участвуют в процессе почвообразования. В толще воды обитает множество одноклеточных водорослей, образующих фитопланктон (растительный планктон). Его используют в качестве пищи многие водные животные (например, членистоногие – раки, рыбы – китовая акула, млекопитающие – некоторые киты).
Фитопланктон Одноклеточные диатомовые водоросли
Подавляющее большинство видов водорослей выделяют в окружающую среду свободный кислород, образующийся в результате фотосинтеза. Этим кислородом дышит большинство живых организмов. Зелёные водоросли явились родоначальниками всех растений суши.
Человек в своей хозяйственной деятельности использует некоторые виды водорослей. Широко используют ламинарию, известную в быту как морская капуста. Во многих странах Европы, Азии и Америки её употребляют в пищу, на корм скоту и для промышленной переработки; из неё получают ценные медицинские препараты. В некоторых странах ламинарию выращивают на морских плантациях. Велико также практическое значение красных водорослей – багрянок. Одну из живущих в северных морях водорослей – хондрус в сухом виде издавна употребляют как лекарственное средство при заболеваниях дыхательных путей. Из других багрянок добывают агар-агар, используемый в составе питательных сред при изучении бактерий, грибов и водорослей, в микробиологической промышленности. В пищевой промышленности агар-агар используют при изготовлении мармелада, зефира, добавляют в хлеб и другие мучные изделия, чтобы они дольше не черствели.
Активное размножение некоторых видов водорослей в природных водоёмах служит надёжным индикатором их загрязнения. Некоторые водоросли (хлорелла) могут быть использованы при биологической очистке сточных вод.
Небольшое число водорослей известны как паразиты. Многие одноклеточные водоросли, как вы уже знаете, в симбиозе с грибами образуют лишайники.
В зависимости от особенностей строения и преобладания тех или иных пигментов в клетках водоросли подразделяют на ряд отделов.