М.Е. ПАВЛОВА, В.А. СУРКОВ

Продолжение. См. No 5/2002

Водоросли

В Альпах мощность толщи известняков, представляющих собой водорослево-коралловые рифы юрского периода, достигает 1000 м. В юрском периоде возникли и рифовые постройки красных водорослей в Крыму, образовавшие живописные вершины Яйлы, Ай-Петри, Чатырдаг и др.

Рифовые известняки – ценный строительный материал. Карбонат кальция рифов отличается исключительной чистотой, и его используют при производстве самых высоких марок цемента. В Восточном Саяне и на восточном склоне Урала с древними рифами связаны залежи алюминиевых бокситовых руд, а в Башкирии – месторождения нефти, 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 1 л поверхностного слоя воды насчитывается до 12 млн клеток диатомей. В Мировом океане эти водоросли ежегодно извлекают из воды и используют для построения своих панцирей до 150ґ109 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. Местами толщина их слоя достигает нескольких сотен метров.

Водоросли древних эпох «ответственны» и за создание других горных пород. В третичных отложениях Киргизии и Тувы присутствуют харациты – известняки, сложенные почти исключительно остатками харовых водорослей. А в штате Колорадо, в парке Пери, найден пласт раннедевонского харацита толщиной 12 м, простирающийся на 240 м. Скопление графита в доломитах Трансвааля (относящихся к архейской эре) – не что иное как остатки колоний водорослей, живших 2 млрд 600 млн лет назад. По своим особенностям они наиболее близки к синезеленым.

Различные виды кокколитофорид

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 синезеленых 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, на Чукотке, в Западной Европе, Китае, Маньчжурии, 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 далекие 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.

Циклы развития водорослей:
1 – гетероморфный цикл с нерегулярной сменой форм развития;
2 – гетероморфный цикл с регулярной сменой форм развития;
3 – изоморфный цикл с регулярной сменой форм развития;
С – спорофиты, Г – гаметофиты, ГС – гаметоспорофиты

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 зоба и атеросклероза. Из некоторых водорослей (например, спирулины) 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.

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 плотных питательных сред при культивировании микроорганизмов, на основе агара делают капсулы и таблетки с антибиотиками, витаминами, сульфопрепаратами, особенно когда требуется медленное поступление лекарства в организм (плотная агаровая оболочка начинает постепенно рассасываться только в желудке). 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, таблетки, используют при выделке кож, при производстве бумаги и тканей. Из альгинатов делают растворимые нити, используемые в хирургии. Обладают альгинаты и радиопротекторными свойствами, а также хорошо адсорбируют тяжелые металлы, благодаря чему используются как компоненты специфических лекарственных средств.

Размножение водорослей

Смена ядерных фаз у водорослей:
1 – спорическая редукция (ульва);
2 – зиготическая редукция (сфероплея, лишние ядра редуцируются);
3 – гаметическая редукция (кладофора собранная);
4 – соматическая редукция (празиола стебельчатая)

Наиболее простым типом размножения водорослей является вегетативное – осуществляемое за счет простого отделения части таллома. Например, талломы нитчатых водорослей разрываются на отдельные фрагменты. Более специализированная форма вегетативного размножения – образование толстостенных, наполненных запасными питательными веществами клеток, предназначенных для переживания неблагоприятных условий. Такие клетки называются акинетами и часто развиваются у нитчатых зеленых, а также у синезеленых водорослей.

Бесполое размножение водорослей осуществляется посредством спор. Лишенные клеточной стенки подвижные клетки со жгутиками называют зооспорами, а неподвижные, лишенные жгутиков, – апланоспорами. В тех случаях, когда апланоспоры, еще будучи заключенными в оболочку материнской клетки, принимают все отличительные черты последней, их называют автоспорами.

Бывает, что из одной клетки таллома формируется только одна спора, но чаще содержимое клетки делится на две, четыре, восемь частей, из которых и образуется соответствующее количество спор. У многих водорослей споры могут формироваться из любых обычных клеток таллома, но у зеленой водоросли трентеполии и у всех бурых водорослей есть специальные спорангии, образующиеся только во время бесполого размножения и отличающиеся по форме и размерам от обычных вегетативных клеток.

В некоторых группах водорослей (у конъюгат, харовых, ряда зеленых, у всех диатомовых, а из бурых – у фукусовых) бесполое размножение отсутствует.

При бесполом размножении, так же как и при вегетативном, не происходит рекомбинации и слияния наследственного материала и дочерние особи несут тот же набор генов, что и родительские. Сущность же полового размножения, при котором происходит слияние двух гаплоидных клеток – гамет и возникновение диплоидной зиготы, состоит именно в рекомбинации генов. В дальнейшем на той или иной стадии диплоидное ядро испытывает редукционное деление (мейоз), в результате которого вновь возникают гаплоидные клетки.

В зависимости от типов образующихся гамет у водорослей различают несколько типов полового процесса. Изогамия – наиболее примитивная форма, при которой обе сливающиеся гаметы подвижны и одинаковы по размеру и форме. При гетерогамии обе гаметы также подвижны, но одна из них (женская) отличается более крупными размерами. Оогамия заключается в слиянии крупной неподвижной, лишенной жгутиков, яйцеклетки с мелкой мужской – снабженным жгутиком сперматозоидом или безжгутиковым спермацием. Оогамия распространена у водорослей со сложным многоклеточным талломом, при этом мужские и женские половые клетки развиваются в специальных органах – антеридиях и оогониях, обычно резко отличающихся от вегетативных клеток.

Конъюгация – половой процесс, при котором сливается содержимое двух обычных вегетативных клеток (все клетки таллома в этом случае гаплоидны), физиологически выполняющих функцию гамет.

Растения, образующие гаметы, могут быть обоеполыми – гомоталличными и раздельнополыми – гетероталличными. В первом случае к слиянию способны гаметы, происходящие из одного растения, а во втором – только от разных. Гетероталлизм может наблюдаться при любой форме полового процесса. У изогамных водорослей в этом случае одинаковые по внешнему виду гаметы оказываются физиологически различными и условно обозначаются «+» и «–».

Соотношение диплоидной и гаплоидной фаз в жизненном цикле водорослей различно. Редукционное деление может происходить непосредственно после слияния гамет (зиготическая редукция), в результате чего все клетки развивающегося растения оказываются гаплоидными. Например, у многих зеленых водорослей зигота – единственная диплоидная стадия в цикле развития, а вся вегетативная фаза проходит в гаплоидном состоянии.

У других водорослей, напротив, развивающаяся из зиготы вегетативная фаза диплоидна, а редукционное деление происходит только непосредственно перед образованием гамет (гаметическая редукция). Таковы, например, все диатомовые водоросли и некоторые бурые (представители порядка фукусовых).

Наконец, у ряда водорослей редукционное деление ядра, проходящее после некоторого времени существования диплоидного таллома, приводит к образованию не гамет, а спор (спорическая редукция). Отличие состоит в том, что споры не сливаются попарно – каждая из них дает начало новому растению, клетки которого оказываются гаплоидными. В дальнейшем на таком растении – уже без редукционного деления – образуются гаметы, слияние которых вновь приводит к образованию диплоидного организма. В этом случае говорят о чередовании поколений: диплоидного – образующего споры – спорофита и гаплоидного – гаметофита. Спорофит и гаметофит могут быть практически одинаковы по внешнему виду (изоморфная смена поколений, характерна для ряда видов зеленых – ульва, кладофора, некоторых порядков бурых и большинства красных водорослей) или резко различаться (гетероморфная смена поколений, широко распространенная среди бурых водорослей, но встречающаяся и у зеленых и красных).

Продолжение следует