Блок 3. Система, многообразие и эволюция живой природы
Царство Растения
ВОДОРОСЛИ
Строение
Водоросли - это низшие споровые растения, содержащие в своих клетках хлорофилл и живущие преимущественно в воде. В морфологическом отношении для водорослей наиболее существенным признаком является отсутствие тела, расчлененного на стебли, листья и корни. Их тело обозначают как слоевище (или таллом). Размножаются они вегетативно или с помощью спор, т. е. относятся к споровым растениям. В физиологическом отношении водоросли резко отличаются от других групп низших растений наличием хлорофилла,благодаря которому они способны ассимилировать углекислый газ, т. е. питаться фотоавтотрофно. В отличие от водорослей бактерии, имеющие зеленую окраску, содержат пигмент, близкий к хлорофиллу, но не тождественный ему.
Водоросли, даже простейшие из них - сине-зеленые, являются первыми организмами, у которых в процессе эволюции появилась способность осуществлять фотосинтез с использованием воды в качестве источника (донора) водорода и выделением свободного кислорода, т.е. процесс, свойственный высшим растениям. Второй особенностью питания водорослей и других фотосинтезирующих растений является способность усваивать азот, серу, фосфор, калий и другие минеральные элементы в виде ионов минеральных солей и использовать их для синтеза таких важных компонентов живой клетки, как аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, макроэргические соединения, вещества вторичного обмена. Среди водорослей есть виды, которые являются строгими фотосинтетиками (из синезеленых - анабены, некоторые штаммы ностоков; из зеленых - некоторые виды хлорококкум, хламидомоносов).
Многие водоросли в определенных условиях могут легко переключаться с фотоавтотрофного способа питания на ассимиляцию различных органических соединений, т. е. осуществлять гетеро- или фотогетеротрофный (сочетание гетеротрофного и фотоавтотрофного) типы питания.
Основная структурная единица тела водорослей - клетка. Уникальную группу составляют сифоновые водоросли: у них таллом не разделен на клетки, однако в цикле развития имеются одноклеточные стадии.
Многоклеточные формы возникли после того, как клетка проделала длительный и сложный путь развития в качестве самостоятельного организма. Переход от одноклеточного к многоклеточному состоянию сопровождался потерей индивидуальности и связанными с этим, изменениями в структуре и функциях клетки. С возникновением многоклеточности связаны дифференцировка и специализация клеток в талломе, что следует рассматривать как первый шаг на пути становления тканей и органов.
Существует огромное разнообразие форм (шаровидные, грушевидные, яйцевидные, веретеновидные, спиралевидные, цилиндрические и др.) и размеров (от нескольких микрометров у синезеленых до нескольких сантиметров у харовых) водорослевой клетки.
Размножение
Различают размножение:
1. Вегетативное - деление особей надвое. Иногда делению предшествует отмирание отдельных клеток (у синезеленых), иногда для вегетативного размножения служат специальные образования: почки на слоевищах сфацелярии из бурых водорослей; одно- или многоклеточные клубеньки у харовых водорослей; акинеты (иногда их называют спорами) - клетки, способные переживать неблагоприятные условия у нитчатых синезеленых. Вегетативное размножение - одна из форм бесполого размножения.
2. Бесполое сопровождается делением протопласта клетки на части и выходом продуктов деления из оболочки материнской клетки. Бесполое размножение происходит посредством спор или зооспор (спор со жгутиками). Они образуются в клетках, не отличающихся по форме от других клеток, или в особых клетках - спорангиях, которые могут иметь другую форму и размеры, чем вегетативные. Главное отличие спорангиев от других клеток заключается в том, что они возникают как выросты обычных клеток и выполняют только функцию образования спор.
Типы спор:
апланоспоры - споры, одевающиеся оболочкой внутри материнской клетки;
автоспоры - апланоспоры, которые в материнской клетке приобретают подобную ей форму.
По количеству их в спорангиях различают тетраспоры (многие красные и диктиотовые из бурых), биоспоры (кораллиновые из красных) и моноспоры (некоторые красные).
Споры и зооспоры обычно выходят в воду через отверстие в стенке спорангия целой группой, окруженные слизистой оболочкой, которая вскоре расплывается.
3. Половое размножение заключается в слиянии двух клеток (гамет), в результате чего образуется зигота, вырастающая в новую особь или дающая зооспоры.
Типы полового размножения:
соединение содержимого двух вегетативных клеток (гологамия - слияние двух особей у вольвоксовых; конъюгация - слияние содержимого двух безжгутиковых вегетативных клеток у конъюгатов из зеленых водорослей);
образование внутри клеток специализированных половых клеток-гамет (мужские гаметы имеют жгутики, женские - не всегда). Вместилища гамет называются гаметангиями.
В зависимости от относительных размеров гамет различают:
изогамию - гаметы одинаковой величины и формы;
гетерогамию (анизогамию) - женская гамета крупнее мужской, но сходна с нею;
оогамию - женская гамета (яйцеклетка) лишена жгутиков, неподвижна, значительно крупнее мужской, которую называют сперматозоидом или антерозоидом; гаметангии, содержащие яйцеклетку, называются оогониями, мужскую гамету - сперматангиями или антеридиями;
автогамию - особый тип полового процесса (у части диатомовых), заключающийся в том, что ядро клетки предварительно делится с мейозом на 4 ядра, два из них разрушаются, а оставшиеся два сливаются, вновь образуя диплоидное ядро. Автогамия не сопровождается увеличением числа особей, а лишь их омоложением.
В результате слияния гамет образуется зигота, жгутики отпадают, появляется оболочка (если жгутики некоторое время сохраняются, зигота называется планозиготой). В зиготе происходит слияние двух ядер - она диплоидна. В дальнейшем зиготы различных водорослей ведут себя по-разному: одни покрываются толстой оболочкой и впадают в период покоя, длящийся до нескольких месяцев; другие прорастают без периода покоя. В одних случаях из зиготы вырастают новые слоевища, в других - из зиготы образуются зооспоры.
Есть водоросли, у которых органы бесполого и полового размножения развиваются на разных особях; тогда растения, образующие споры, называют спорофитами, а растения, производящие гаметы, - гаметофитами. У других водорослей споры и гаметы образуются на одних и тех же растениях.
Распространение в природе
По условиям существования водоросли можно разделить на две группы: живущие в воде и живущие вне воды.
Водные организмы делятся на планктонные (находятся во взвешенном состоянии в воде и имеют ряд приспособлений к этим условиям жизни), бентические (находятся на дне водоемов), перифитонные (обрастают подводные скалы, высшие водные растения, подводные предметы), нейстонные (плавают в полупогруженном состоянии на поверхности воды на границе раздела вода - воздух). Водоросли, живущие вне воды, разделяются на аэрофитон (наземные обрастания) и почвенные.
Кроме названных групп, различают водоросли горячих источников (типичными обитателями их являются синезеленые, специфически термофильных форм мало - мастигокладус, формидиум); водоросли снега и льда (явление "красного снега" вызывает хламидомонада снежная; 80 видов "ледовых" диатомей); водоросли соленых водоемов (дуналиелла солевая из вольвоксовых, хлороглея сарциноидная из синезеленых); водоросли в известняковом субстрате (сверлящие и туфообразующие водоросли - гиелла, ривулярия).
Отделы водорослей
Разделение водорослей на систематические группы - отделы - в основном совпадает с характером их окраски, связанной, конечно, с особенностями строения. Наиболее широко распространено деление водорослей на 3 основных отдел:
отдел Зеленые водоросли
отдел Красные водоросли
отдел Бурые водоросли