М.Е.ПАВЛОВА,
В.А.СУРКОВ
Водоросли
В группу водорослей объединяют низшие
растения, тело которых не расчленено на органы и
ткани и называется слоевищем (талломом).
Водоросли чрезвычайно разнообразны и в
систематическом отношении представляют собой
совокупность нескольких обособленных отделов
растений, – вероятно, самостоятельных по своему
происхождению и эволюции. Об этом говорят
существенные различия в наборе пигментов в
разных группах водоролсей, деталях тонкой
структуры хлоропластов (которые у водорослей
часто называют хроматофорами), продуктах
фотосинтеза, накапливающимся в клетке, в
строении жгутикового аппарата и т.д.
 Ламинария
Среди водорослей есть мельчайшие
одноклеточные, колониальные и многоклеточные –
иногда очень крупные – организмы. Различна и
окраска водорослей: помимо хлорофилла,
существующего в нескольких формах (a, b, c, d, e) и
каротиноидов, в их хлоропластах присутствуют и
другие пигменты: фикоцианин, фикоэритрин,
фикоксантин, ксантофилл и т.д., которые часто
маскируют основную зеленую окраску, делая тело
водорослей бурым, красным, желто-зеленым,
золотистым и т.д.
Клетки большинства водорослей имеют клеточную
стенку, состоящую из аморфного, образованного
гемицеллюлозами и пектиновыми веществами
матрикса, в который погружены волокна целлюлозы.
Нередко в состав клеточной стенки водорослей
входят и другие, специфические, компоненты: соли
кальция (ацетобулярия, харовые водоросли, многие
красные водоросли), соли железа (вольвокс),
спорополленин (хлорелла, сценедесмус и др.), хитин
(кладофора, эдогониум). Эти компоненты нередко
формируют структуру, похожую на панцирь. У
диатомовых водорослей матрикс клеточной стенки
также пектиновый, но содержит в качестве
скелетного вещества не целлюлозу, а кремнезем.
Хлоропласты (хроматофоры) водорослей, в отличие
от хлоропластов высших растений чрезвычайно
разнообразны по форме. Они могут иметь вид зерен
или дисков, расположенных в постенном слое
цитоплазмы, быть чашевидными (хламидомонада), в
виде кольца, опоясывающего клетку (улотрикс),
иметь вид ленты, расположенной по спирали
(спирогира). У одноклеточных подвижных
водорослей на переднем конце клетки хорошо
заметен кирпично-красный глазок или стигма,
состоящий из гранул, содержащих пигмент
астаксантин (гематохром). У большинства
водорослей такие глазки являются частью
хлоропласта.
Многообразны также способы размножения
водорослей, их жизненные циклы, особенности
чередования полового и бесполового поколений.
Макроцистис – великан среди
водорослей
Водоросли, не имеющие покровов,
защищающих их от высыхания и проводящих
элементов, доставляющих воду к разным участкам
тела, не могут активно существовать в условиях
пониженной влажности. Больше всего водорослей
обитает непосредственно в водной среде. По
образу жизни их можно разделить на планктонные
(фитопланктон) – микроскопические
водоросли, пассивно взвешенные в толще воды и
неспособные противостоять течениям; нейстонные
(фитонейстон) (от греч. “неин” – плавать) –
также микроскопические водоросли,
живущие в самом верхнем слое воды, в
поверхностной пленке, непосредственно
граничащей с атмосферным воздухом и бентосные
(фитобентос) – водоросли, прикрепленные к
грунту или предметам на дне (обычно в прибрежной
зоне водоемов).
Среди бентосных водорослей выделяют
группу микроскопических водорослей
известкового субстрата (кальцефилов). Они
выделяют органические кислоты, растворяющие
известь, в результате чего субстрат, на котором
они поселяются – скалы, раковины, кораллы,
оказывается пронизан тонкими канальцами.
Поэтому иногда эти водоросли называют еще
“сверлящими”.
Основную массу природных водоемов
составляют или моря и океаны, в воде которых
содержится около 35 г солей на 1 л воды, или
пресноводные бассейны, в воде которых соли
содержаться примерно в количестве 0,01 – 0,5 г на 1 л.
Видовой состав водорослей пресноводных водоемов
и морей различен. Так, например, почти все бурые и
красные водоросли обитают в морях, примерно
половина диатомовых водорослей представлена
морскими видами, половина – пресноводными.
Пресноводный фитопланктон состоит
преимущественно из зеленых (Chlamydomonas, Chlorella, Volvox,
Pandorina, Eudorina, Gonium, а в заболоченных водоемах – Cosmarium,
Closterium, Desmidium и др.), сине-зеленых (Anabaena, Microcystis,
Aphanizomenon) диатомовых (Asterionella, Tabellaria, Fragilaria) и
золотистых водорослей.
В морском фитопланктоне преобладают диатомовые
и перидиниевые водоросли, а зеленые и
сине-зеленые менее многочисленны. Из последних
только Oscillatoria erythraea может развиваться так
сильно, что вызывает “цветение” воды в
тропических морях. А вот жгутиковые формы из
отдела пирофитовых водорослей в морях
представлены большим количеством видов, чем в
пресных водах.
Помимо морских и пресноводных
водорослей, существуют виды этих растений,
встречающиеся в соленых озерах, концентрация
солей которых может быть самой разнообразной –
вплоть до насыщенных растворов. Их объединяют в
экологическую группу водорослей соленых вод
(галофитон). Интересно, что морские формы в
соленых озерах не встречаются – считается, что
такие формы вторично развились из пресноводных,
приспособившиеся к повышенной концентрации
солей.
Весьма интересную экологическую
группу составляют термофильные водоросли
(термофитон), обитающие в горячих
минеральных источниках. Большинство их видов
лучше всего чувствует себя при +35... +40 оС, но
некоторые могут жить и при температуре +85 оС.
Некоторые водоросли приспособились
существовать и загрязненных горячих водах,
спускаемых фабриками и заводами.
Но водоросли можно встретить не только
в водоемах. Аэрофильные их формы
(аэрофитон) – населяют поверхность скал,
камней, живут на коре и листьях деревьев, на заборах,
стенах и крышах домов и даже на шерсти животных.
Такие формы довольствуются небольшим
количеством воды в виде выпадающего дождя, росы,
брызг прибоя, водопада и т.д.
Особую экологическую группу
составляют почвенные водоросли (фитоэдафон),
средой обитания которых являются микропустоты в
поверхностном слое почвы и пленка воды,
обволакивающая ее частицы.
Еще одна интересная группа – криофитон,
холодолюбивые водоросли, развивающиеся на
поверхности подтаявшего снега и льда. Их
известно примерно 100 видов, среди них которых
преобладают зеленые, диатомовые и сине-зеленые
водоросли, но небольшим числом видов
представлены и золотистые, и пирофитовые.
Криофильные водоросли, интенсивно развивающиеся
на поверхности снега, окрашивают его в разные
цвета. В зависимости от состава видов снег может
приобретать красные, зеленые, желтые, бурые
оттенки.
Красную окраску снегу придает хламидомонада
снежная (Chlamydomonas nivalis), в клетках которой
содержится красный пигмент астаксантин. Красный
снег – довольно обычное явление на Кавказе,
Северном Урале, на Камчатке, в Арктике, и т.д.
Интенсивность цвета варьирует от розового до
темно-малинового в зависимости от количества
водорослей на единицу площади, толщина
окрашенного слоя снега достигает нескольких
сантиметров, а площадь окрашенных участков может
доходить до нескольких квадратных километров.
В Высоких Татрах встречается другой вид хламидомонады
– Chlamydomonas flavo-virens, окрашивающий снег в
желто-зеленый цвет. В Гренландии, Альпах отмечали
позеленение снега, причиной которого были не
только виды рода Chlamydomonas, но и виды рода Raphidonema
и некоторые десмидиевые водоросли.
Буровато-желтую окраску обычно придают снегу
диатомовые.
Фукус
Водоросли играют огромную роль в общем
круговороте веществ в природе. В Мировом океане
масса фитопланктона составляет около 1,5 млрд. т, а
за год морские водоросли создают около 550 млрд.
тонн биомассы, что составляет примерно 1/4 всех
органических веществ планеты. Водоросли
представляют собой начальное звено в цепях
питания водных экосистем, а также являются также
важным поставщиком кислорода в атмосферу.
Водоросли, живущие в почве, активно участвуют в
процессах ее формирования.
Геохимическая роль водорослей связана прежде
всего с круговоротом кальция и кремния. Рифы –
громадные геологические образования, созданные
живыми организмами, зачастую острова и даже
целые архипелаги, на которых живут люди.
Постоянными строителями рифов являются не
только кораллы, но и различные группы водорослей,
способные концентрировать в своем теле карбонат
кальция. Это преимущественно красные, зеленые и
сине-зеленые водоросли. В оболочках клеток
красных водорослей литотамний (Lithothamnion),
которые иногда называют каменными водорослями,
откладывается такое большое количество
карбоната кальция, что они приобретают прочность
камня, замуровывая отмирающие части колоний.
В некоторых рифах водоросли даже
преобладают над кораллами. Например, в рифах
островов Фиджи в Тихом океане их почти в три раза
больше, чем кораллов. Часто ветвистые низкие
кустики, шаровидные и стелющиеся корковидные
колонии красных кораллиновых водорослей,
переплетаясь вместе, образуют по краю
кораллового рифа известковую массу в виде
гребня.
Процесс образования рифов продолжается уже
сотни миллионов лет. Изучение древних рифовых
построек позволяет судить о расположении суши и
моря в прошлые геологические эпохи, о развитии
жизни в те далекие времена. Так, основную массу
известняков хребта Кара-Чатыр в Южной Фергане в
каменноугольное время создали рифообразующие
сифоновые водоросли. В Крыму по реке Каче
обнаружены рифы пермского периода, почти
полностью образованные сифоновой водорослью
миццией. Такие же мицциевые рифовые
известняки описаны в Югославии, Греции,
Японии, США (штаты Оклахома и Колорадо), Северном
Ираке. В Альпах мощность толщи известняков,
представляющей собой водорослево-коралловые
рифы юрского периода, достигает 1000 м. В юрском
периоде возникли и рифовые постройки красных
водорослей в Крыму, образовав живописные вершины
Яйлы, Ай-Петри, Чатырдаг и др.
Рифовые известняки – ценный
строительный материал, карбонат кальция рифов
отличается высокой чистотой и его используют при
производстве самых высоких марок цемента. В
Восточном Саяне и на восточном склоне Урала к
древним рифам приурочены залежи алюминиевых
бокситовых руд. С рифовыми постройками тесно
связаны месторождения нефти Башкирии:
погребенные под мощным слоем более молодых пород
древние рифы, образованные водорослями и
мшанками в каменноугольном периоде, оказались
коллекторами огромных запасов “черного
золота”.
Панцирь клеток диатомовых водорослей,
как уже было сказано, включает в себя большое
количество кремния (до 75 % от сухой массы всей
клетки). При благоприятных условиях диатомеи
интенсивно размножаются, извлекая из воды
растворенную в ней кремниевую кислоту. Весной во
время массового развития (“цветения” воды), в
поверхностном слое насчитывается до 12 млн.
клеток диатомей в 1 л воды. В Мировом океане эти
водоросли ежегодно извлекают из воды и
используют для построения своих панцирей до 150 х
109 т кремнезема. А отмирая, клетки диатомей
опускаются на дно – за 1000 лет они могут
образовать осадок толщиной до 30 см. Так
получаются породы, которые называются диатомиты
и могут местами достигать мощности в несколько
сотен метров.
Водоросли древних эпох
“ответственны” и за создание других горных
пород. В третичных отложениях Киргизи и Тувы
присутствуют харациты – известняки,
сложенные почти исключительно остатками харовых
водорослей. А в штате Колорадо, в парке Пери
найден двенадцатиметровый пласт
раннедевонского харацита, простирающийся на 240 м.
Скопление графита в доломитах Трансвааля
(относящимся к архейской эре) – не что иное как
остатки колоний водорослей, живших 2 млрд. 600 млн.
лет назад. По своим особенностям они наиболее
близки к сине-зеленым.
Во многих районах земного шара
распространены толщи своеобразных известняков,
получивших названия “плойчатые известняки”,
“скорлуповые породы” или “строматолиты”,
что в переводе значит “ковровый камень”. Внешне
эти известняки напоминают многочисленные стопки
часовых стекол, плотно прижатые друг к другу.
Установлено, что строматолиты – это постройки
колоний сине-зеленых водорослей. За многие
тысячелетия они образовали слоистые толщи
известняков мощностью до 200 м, простирающиеся
иногда на несколько километров. Такие известняки
встречаются в Европейской части России, на Урале,
в Восточной Сибири, Чукотке, в Западной Европе,
Китае, Манчжурии, Экваториальной Африке, Канаде,
США. Самые мощные, до 1000 м высотой, водорослевые
постройки описаны в Австралии.
Изучение строматолитов позволяет
определить, как проходили береговые линии давно
исчезнувших морей и океанов, каковы были условия
на планете в те прошедшие времена. И это
представляет не только научный интерес, но имеет
и большое практическое значение, так как для
поисков полезных ископаемых, связанных с
докембрийскими породами (железных, марганцевых,
кобальтовых, урановых руд, золота, меди,
фосфоритов) геологам важно знать об условиях,
существовавших тогда на Земле.
Если рассмотреть в микроскоп обычный
мел, то при небольших увеличениях в нем хорошо
видны известковые раковины фораминифер, но
при увеличениях более чем в 1000 раз там
обнаруживается и множество прозрачных пластинок
величина которых не превышает 10 мкм. Это так
называемые кокколиты – частицы
известкового панциря золотистых водорослей кокколитофорид.
С помощью электронного микроскопа установлено,
что меловые породы почти на 95% состоят из
кокколитов.
Человек не только дышит кислородом,
выделяемым водорослями, ловит рыбу, существующую
благодаря водорослям и использует строительный
материал, созданный древними водорослями. Он
активно использует и сами водоросли, и продукты
их переработки. Во многих странах водоросли
используют в качестве пищевых продуктов: они
богаты белками, витаминами и микроэлементами,
особенно солями йода и брома, благодаря чему их
рекомендуют использовать в диетическом питании.
Так, ламинарию (морскую капусту) рекомендуют при
нарушениях функции щитовидной железы, для
профилактики атеросклероза. Из некоторых
водорослей (спирулина) изготавливают различные
пищевые добавки, призванные обогатить обычный
рацион современного человека необходимыми для
здоровья веществами. Некоторые бурые водоросли
применяют для кормления домашних животных и как
удобрения.
Саргассы – водоросли тропических
морей
Из морских водорослей получают широко
применяемые во многих отраслях промышленности
агар-агар и альгин. По физическим свойствам агар
похож на животный желатин, но остается твердым
при более высокой температуре. Агар используют в
микробиологии для приготовления сред при
культивировании микроорганизмов, на основе
агара делают капсулы и таблетки с антибиотиками,
витаминами, сульфопрепаратами, особенно когда
требуется медленное рассасывание. Агар
добавляют вместо крахмала в хлеб для больных
диабетом, применяют как лекарство при
расстройствах кишечника. Широко применяют агар в
пищевой промышленности. На нем готовят желе,
мармелад, мягкие конфеты, варенье, так как он
предохраняет их от засахаривания; его используют
при изготовлении мясных и рыбных консервов в
желе, для очистки вин. Альгин и альгинаты,
получаемые из бурых водорослей, обладают
превосходными клеящими свойствами. Их добавляют
в пищевые продукты. в таблетки при изготовлении
лекарственных препаратов, используют при
выделке кож, при производстве бумаги и тканей. Из
альгинатов делают растворимые нити,
используемые в хирургии.
Продолжение следует
|