Путешествие в мир водорослей

Саргассово море и Бермудский треугольник

Морской конек-тряпичник (1); рыба-клоун (2) среди саргассовых водорослей

Оборудование: таблицы и рисунки по теме, видеофрагмент «Морские водоросли», телевизор, видеомагнитофон, салат из морской капусты, мармелад, чашка Петри с культурой микроорганизмов, выращенных на плотной агаризованной питательной среде, костюмы или опознавательные знаки для действующих лиц.

Учитель. Ребята, на предыдущих уроках мы с вами познакомились с особенностями строения и размножения водорослей. Мы уже знаем, что водоросли относятся к разным отделам: Зеленые, Красные и Бурые водоросли. Давайте сегодня совершим путешествие в мир водорослей. Представим себе, что у нас есть универсальная машина – везделет, которая может перенести нас в любую точку земного шара, в космос и даже в прошлое и будущее. Вы готовы к путешествию? Тогда отправляемся в путь!

(Демонстрируются кадры видеофильма «Морские водоросли».)

Для начала давайте зададимся вопросом: а как глубоко простирается мир водорослей в пучину Мирового океана? В романе Жюля Верна «20 тысяч лье под водой» рассказывается о том, как мощный электрический прожектор подводной лодки капитана Немо освещал море почти на километр перед собой. Французский фантаст, однако, ошибался. Осветить море на километр практически невозможно. Любой свет довольно быстро поглощается толщей воды. На глубину в 1 м проникает всего половина солнечных лучей, на глубину в 10 м – только пятая часть, на глубину в 100 м – 1% света с поверхности. Около 97% объема Мирового океана погружено в вечную тьму.
Герои «Маракотовой бездны» Артура Конан Дойля (повесть вышла в свет в 1929 г.) обнаружили на дне океана на глубине 8 км заросли водорослей: «В глубине океана растительность по преимуществу бледно-оливковая, и ее плети и листья столь упруги, что наши драги чрезвычайно редко вытаскивают их. На этом основании наука пришла к убеждению, что на дне океана ничто не растет». Увы, описав подобное «открытие», Конан Дойль также допустил ошибку. А наука была совершенно права, придя к убеждению, что водорослей на больших глубинах нет. В темноте, как известно, растения обитать не могут. Но все же есть одна водоросль, которая растет на большой глубине. Давайте на нашем везделете перенесемся в Смитсоновский институт и возьмем интервью у Марка Литтлера.
Хелло, Марк! Говорят, вам удалось обнаружить самую глубоководную водоросль?

Марк Литтлер. Да, в 1984 г. мы исследовали склоны подводной горы у Багамских островов при помощи специально сконструированного исследовательского аппарата «Джонсон Си Линк I». Нам удалось сделать снимки красной водоросли на глубине 268 м – там, где освещенность составляет примерно 0,0005% от ее значения на поверхности океана. Эта водоросль образует пятна около 1 м диаметром на склонах, покрывая около 10% поверхности скалистого субстрата. Наши лабораторные исследования показали, что эта водоросль примерно в 100 раз более эффективно поглощает и использует свет, чем ее сородичи, обитающие на мелководье. Она начинает встречаться на вершине подводной горы на глубине около 70 м и спускается по склонам вниз до уровня приблизительно на 100 м глубже нижнего предела, установленного ранее для любых прикрепленных фотосинтезирующих организмов.

Учитель. Спасибо, Марк! Ребята, так какие же биологические ошибки допустил Конан Дойль при написании романа?

Учащиеся. (Возможные варианты ответов.) Неправильно указал глубину произрастания водорослей; не Бурые, а Красные водоросли; у водорослей нет листьев – слоевище или таллом; скорее всего на большой глубине произрастают корковые водоросли.

Учитель. Ребята, наш везделет – это еще и машина времени. Давайте перенесемся на ней в XV в. и встретимся со знаменитым мореплавателем Христофором Колумбом.

Христофор Колумб. В 1492 г. я плыл на корабле «Санта-Мария» в поисках короткого пути в Индию. Путь был нелегким, нас трепало в жестоких штормах, мои люди страдали от голода и жажды. С каким нетерпением мы ожидали появления земли! И когда впередсмотрящий с мачты корабля крикнул долгожданное: «Земля!», мы с радостью и надеждой обратили свои взоры на горизонт. Но горе нам! То, что мы приняли за материк или хотя бы остров, оказалось скоплением мерзких водных растений, которые как змеиные тела, обвивали наши суда, мешая продвижению дальше на Запад. С большим трудом мы пересекли «водяной луг» и поняли, что это плавающие водоросли – воздушные пузыри, похожие на грозди мелкого винограда, называемого у нас на родине «саргацо», – дают им возможность держаться на поверхности. Наверное, эти водоросли оторвало штормовыми волнами от скал и вынесло в открытый океан. Горе тем судам, которые попадут в это «море»! Остерегайтесь коварных саргассов!

Учитель. Может быть, океанолог раскроет нам тайну Саргассова моря?

Океанолог. Иногда с наличием или отсутствием течений связаны необычные явления в океане. Веками служило источником различных мифов и легенд Саргассово море, расположенное в центральной части Атлантического океана вблизи Антильских островов между 25° и 35° с.ш. и 50° и 70° з.д. Это насыщенное плавающими водорослями пространство воды – громадная «затишная область», создаваемая системой течений Гольфстрим и экваториальных. В самом море течения слабые, и поэтому водоросли скапливаются здесь в большом количестве. Кроме того, это район со слабыми ветрами переменных направлений, так что, потеряв ход, парусное судно может застрять здесь на много дней и стоять неподвижно под нещадно палящим солнцем. В Саргассовом море, которое одно время даже называли «кладбищем кораблей», погибло немало кораблей и людей, однако вовсе не из-за таинственных чудовищ, а просто из-за необычных, но естественных условий этой части Мирового океана.

Учитель. А что нам скажет специалист по водорослям?

Альголог. Заросли Саргассова моря образуют главным образом саргассум плавающий и саргассум погруженный. Эти крупные, длиной до 2 м, желто-коричневые растения с расчлененными «листьями» относятся к бурым водорослям, но, в отличие от своих родственников, они способны жить и размножаться на плаву, ни к чему не прикрепляясь. На листьях саргассума плавающего сидят, как ягоды, шаровидные пузырьки, наполненные воздухом.

Учитель. Давайте послушаем эколога.

Эколог. Плавающие саргассовые водоросли скрывают в переплетении своих «веточек» целый мир интереснейших созданий, не встречающихся больше нигде в мире. Эти животные так хорошо маскируются под саргассы, что с первого взгляда их трудно заметить. Например рыбка саргассовый клоун, относящаяся к отряду удильщиков. Ее тело длиной до 18 см сжато с боков так, чтобы удобно было пролезать сквозь водоросли, а пестрая с буро-желтыми пятнами окраска (за которую клоун и получил свое название) помогает маскироваться. Эта рыбка не столько плавает, сколько лазает по водорослям. В этом ей помогают грудные плавники, имеющие по восемь лучей и оканчивающиеся коготками, – они напоминают человеческие руки, только не с пятью, а с восемью пальцами. Голова и все тело рыбы-клоуна усеяны выростами, шипами, бугорками, которые прекрасно ее маскируют. Жаберные отверстия и крохотные глазки-бусинки тоже замаскированы выростами-«нашлепками» и совсем незаметны, хотя сама рыбка видит хорошо. К тому же ее глаза умеют вращаться независимо друг от друга: левый глаз клоун поворачивается в одну сторону, а правый в то же время в другую.
По части маскировки не уступает саргассовому клоуну морской конек-тряпичник. Он заработал свое название необыкновенной внешностью: от тела, головы, плавников отходят выросты в виде лент, лоскутов и каких-то непонятных «обрывков», и все это трепещет и колышется в такт волнам. Окраска конька, естественно, не отличима от цвета саргассовых водорослей.
Из рыб в клубках водорослей можно встретить еще и морскую иглу Саргассова моря. И коньки, и иглы подражают водорослям не только окраской, но еще и тем, что медленно покачиваются – точь-в-точь так, как колеблются окружающие их веточки. Это прекрасный пример того, как различные организмы идеально приспосабливаются к условиям своего существования.

Учитель. Давайте предоставим слово историку.

Историк. Люди знали о существовании Саргассова моря еще в глубокой древности, но более близко познакомились с ним после плавания Христофора Колумба. Первоначально считали, что саргассы – это прибрежные водоросли, унесенные течением, но тщательные исследования показали, что водоросли Саргассова моря значительно отличаются от форм прибрежных вод Америки, Африки и Европы. Более того, живущие среди саргасс различные виды червей, рачков, крабов и рыбок также отличны от прибрежных животных. Но столь же очевидно, что все они произошли от каких-то предков, живших в береговой области. Некоторые ученые предполагают, что плавающие саргассы и обитающие среди них животные происходят от видов, живших на побережье легендарной Атлантиды – громадного континента, опустившегося под воду в Северной Атлантике. Населявшие прибрежные воды Атлантиды животные и растения почти все погибли, и лишь немногие приспособились к плавучему образу жизни. Но это лишь предположение.

Учитель. Ребята, давайте перенесемся на нашем везделете в центр управления космическими полетами. Там с нами на связь выйдет настоящий космонавт.

Космонавт. Здравствуйте! Как вы знаете, в космическом корабле всегда должен быть запас кислорода и продуктов питания. В кабине космонавтов, как в маленьком замкнутом мирке, должен происходить круговорот веществ. Ученые рассчитали, что для обеспечения одного человека кислородом необходимо 3,5 м2 листовой поверхности. В космической кабине трудно отвести такую площадь под растения и почву для них.
Но вот смотрите – это маленькая одноклеточная зеленая водоросль – хлорелла. Она и питательна, и полезна, и места мало занимает, и почвы для нее не нужно. Мы ее помещаем в сосуд с водой, в которой растворены необходимые соли. Сосуды освещаем солнцем или электричеством. Хлорелла поглощает углекислый газ и выделяет кислород, обеспечивая дыхание космонавтов. Объем выделенного хлореллой кислорода в 200 раз превышает ее собственный объем.
В своей клетке хлорелла может накапливать – в пересчете на сухое вещество – от 8 до 88% белков, от 4 до 85% жиров и от 5 до 37% углеводов (крахмала или сахара). Причем мы сами можем регулировать выход того или иного продукта, нужно только изменить освещение и состав солей в воде. Кроме того, хлорелла содержит витамины и минеральные соли, а ее урожай – 70 г сухого вещества с одного квадратного метра площади. Если пересчитать на гектар, то по содержанию белка это можно сравнить с урожаем пшеницы на 25 га или картофеля на 10 га. Все это просто незаменимо для нас, космонавтов!
Хлорелла так быстро размножается, что в одном литре воды ее содержание достигает 500 г. Таким образом, на одного человека в кабине достаточно легкого сосуда из пластмассы объемом 10 л. Такой сосуд для 5 человек будет иметь массу всего 50 кг. Хлорелла использует 25–30% солнечной энергии, в то время как цветковые растения – только 7–13%.
Эти свойства хлореллы очень полезны и важны для нас. У меня есть мечта – создать в космическом корабле оранжерею, состоящую из фруктовых деревьев и ягод. Но ученые считают, что это невозможно. Так что пока мы заботимся о маленькой хлорелле. Пока, до связи!

Учитель. Действительно, одноклеточная зеленая водоросль хлорелла первой из растений, вместе с собаками Белкой и Стрелкой и другими обитателями второго космического корабля, побывала в августе 1960 г. в космическом пространстве. Аквариумы с хлореллой и питательной средой могут обеспечить на космических кораблях надлежащие условия жизни и производить для космонавтов продукты питания. А что нам скажет уважаемый филолог?

Филолог. Название эта водоросль получила за свою окраску. Хлорос переводится с греческого как зеленый. По-русски хлорелла – зеленушка.

Учитель. Ребята, вы только что узнали, что хлорелла не только выделяет кислород и очищает воздух, но еще и используется в пищу космонавтами. А какие еще водоросли используются в пищу? Давайте сядем на наш волшебный везделет и перенесемся в Страну восходящего солнца – Японию. О, да мы приземлились рядом с рестораном! Посмотрите, нас встречает шеф-повар.

Шеф-повар японского ресторана. Здравствуйте! Я – шеф-повар и хочу вас познакомить с некоторыми блюдами нашего ресторана. Наверное, вам известно, что японцы отличаются здоровьем и долголетием. Во многом это объясняется тем, что мы с детства используем в пищу морепродукты и, в частности, морские водоросли. Употребление в пищу морских водорослей уходит своими корнями в далекое прошлое. Начиная с 850 г. до н.э. водоросли – постоянный элемент пищевого рациона на побережье Китая и Японии. В основном это виды трех родов: порфира, ламинария и ундария. Ежегодндобывается пищевых водорослей на сумму более 1 млрд долларов США. Я хочу угостить вас блюдом из ламинарии, или, как ее называют у вас в России, морской капусты, и рассказать о ней.
Ламинария – это очень полезная и богатая витаминами бурая водоросль. По сравнению с обычной капустой она содержит вдвое больше фосфора, в 11 раз – магния, в 16 раз – железа. Ламинария помогает избавиться от атеросклероза, заболеваний щитовидной железы, регулирует работу кишечника. В японской и китайской кулинарии она используется как приправа к рису, к мясным и рыбным блюдам, для приготовления салатов и овощных супов. Из нее делают лепешки, сладости, приготавливают напиток, похожий на чай. До недавнего времени морская капуста произрастала в основном у берегов Японии, а у берегов Китая росла плохо, так как ей мешали «сорняки» – теплолюбивые водоросли. Тогда китайские ученые разработали способ искусственного выращивания морской капусты. В специальные чаны опускают на поплавках канаты и делают посев спор этой водоросли. Прилепившись к канатам, споры быстро развиваются. Осенью, когда теплолюбивые водоросли уже не могут мешать росту ламинарии, ее переносят в залив, превращенный в морской огород. Такие «огороды» созданы не только у берегов Китая, но и Японии, Кореи, России.
Я хочу вас угостить простым в приготовлении салатом из морской капусты, основой для которого являются консервы, которые продается в каждом продуктовом магазине. Рецепт этого салата таков: 1 банка консервированной морской капусты, 1 вареное яйцо, 3 ст. ложки майонеза.

(Дегустация салата.)

Шеф-повар. В продажу морская капуста поступает в виде консервов, а также замороженной и сушеной. Могу поделиться рецептом приготовления запеканки из сушеной ламинарии.

Запеканка из морской капусты. Сушеную морскую капусту очистить от механических примесей и замочить на 10–12 ч. в холодной воде (на 1 кг капусты 7–8 л воды), после чего тщательно промыть. Затем воду слить, вновь залить холодной водой, довести до кипения и варить на большом огне 15–20 мин. Отвар слить, ламинарию снова залить водой – на этот раз теплой, 45–50 °С, дать закипеть и варить еще 15–20 мин. Отвар слить, водоросль вновь залить теплой водой и варить третий раз. Трехкратная варка значительно улучшает вкус морской капусты. Потом ее надо откинуть на дуршлаг, остудить и нарезать лапшой. Нашинковать и проварить белокочанную капусту. Положить морскую и белокочанную капусту в кастрюлю, добавить манную крупу, размешать и поставить на 15–20 мин. на слабый огонь. Полученную массу остудить до 40–50 °С, добавить в нее сырое яйцо, перемешать и выложить ровным слоем на сковороду, смазанную жиром и посыпанную тертыми сухарями. Посыпать тертым сыром, сбрызнуть маслом и запечь в духовке. Готовую запеканку нарезать и полить сметаной.

Отварной морской капусты – 100–150 г; белокочанной капусты – 300–400 г, 2–4 столовых ложки сливочного масла, 1/4 стакана манной крупы, 1 яйцо, 2–3 столовых ложки сухарей, 50 г сыра, 2–3 столовых ложки сметаны.

Приятного аппетита!
А теперь разрешите представить вам моего коллегу – повара-кондитера.

Кондитер. Здравствуйте! Я – известный своими сладостями кондитер, но лучше всего я готовлю желе, суфле, пастилу и мармелад. В мармелад я добавляю агар-агар. Этот ценнейший природный продукт нужен везде, где требуется какому-нибудь раствору придать свойства студня. Его производят из багрянок – красных водорослей. В мире каждый год производится 10 тыс. т агара. Половину всего получаемого в СНГ агара производят из черноморской багрянки филлофоры. Еще агар-агар получают из анфельции и гелидиума. Угощайтесь мармеладом!

(Все угощаются.)

Учитель. Надеюсь, всем понравились салат и мармелад? Давайте поблагодарим поваров за их искусство! Могу добавить, что агар-агар используют не только в кулинарии, но и в косметическом производстве, где его добавляют в мази, зубные пасты, кремы для рук, в стоматологии при изготовлении слепков зубов, в фармацевтике при изготовлении капсул для витаминов и лекарств, а также в микробиологии для приготовления питательных сред для бактерий и других микрооганизмов (демонстрируется чашка Петри с выращенной на агаре культурой бактерий, микроскопических грибов или хлебопекарных дрожжей). Кроме того, жители тропических стран используют агар как временную защитную оболочку для мяса и рыбы.
Морские водоросли – это не только питательный, но и полезный для здоровья продукт. Послушаем, что скажет об этом доктор.

Доктор. Должен огорчить – многие основные питательные вещества морских водорослей имеют специфическую структуру и не усваиваются организмом человека. Но не все, так что наесться водорослями вполне возможно. Однако важнее другое. Морские водоросли – прекрасный источник витаминов. По количеству витамина С они сходны с плодами цитрусовых. А еще в них присутствуют витамины А, D, В1, В12, рибофлавин (В2), фолиевая (В6) и пантотеновая (В5) кислоты, ниацин (РР), витамин Е и другие. В морских водорослях содержатся также все необходимые для человека микроэлементы.
Водоросли широко использовались в народной медицине приморских стран как глистогонные и анестезирующие средства, для изготовления мазей, а также лечения кашля, ран, подагры, зоба, гипертонии, венерических заболеваний, рака и ряда других болезней. Как считает современная медицина, многие из этих народных средств были бесполезны, действие других основано на содержащихся в водорослях биологически активных соединениях. Например, багрянка дигения содержит сильное глистогонное вещество – каиновую кислоту. Йод, который добывали издавна из уже упомянутой ламинарии, служил важнейшим средством профилактики зоба. Нужно помнить о том, что рацион людей, живущих на побережье, был в каком-то смысле неполноценен, поэтому витамины и минеральные вещества морских водорослей были важны для профилактики многих болезней.
Неочищенные экстракты из водорослей многих видов содержат вещества с антибиотическими свойствами по отношению к грибам, бактериям, вирусам. В багрянках обнаружены соединения, подавляющие вирус герпеса. Многие морские водоросли содержат вещества, которые могут снижать повышенное кровяное давление, связанное с атеросклерозом. Опыты на мышах показали, что экстракты из саргассума и ламинарии подавляют рост саркомы и лейкемических клеток у мышей, то есть помогают лечить раковые заболевания.
Возможности использования водорослей в медицине еще требуют своего изучения. Широкий набор соединений, обнаруженных в тропических морских водорослях, открывает в этом плане особенно широкие перспективы.

Учитель. Ну что же, ребята, путешествие наше подходит к концу, давайте напоследок слетаем в будущее и посмотрим: а как же там используются водоросли? Где это мы приземлились? Кажется, на очистных сооружениях.

Ученый из будущего. Здравствуйте далекие предки! Приветствую вас в 2100 году! Разрешите провести экскурсию по нашей фабрике по производству удобрений для сельскохозяйственных культур и кормов для животных.

Учитель. А нам показалось, что мы приземлились на очистных сооружениях.

Ученый. Так и есть. Всю продукцию мы производим из канализационных стоков, а помогают нам в этом водоросли. В нашей идеальной системе разведения водорослей в качестве удобрения используются органические отходы и образуются различные коммерческие продукты без возвращения в среду побочных соединений. Кстати, уже в XX в. водоросли играли важную роль в очистке сточных вод. Экспериментальные поликультуры, основанные на сбросах установок по вторичной обработке бытовых стоков, были созданы в Вудс-Холе (США) уже в 1979 г. А на Тайване в 1981 г. было организовано экономически рентабельное разведение ракообразных, рыб и водоросли грациллярии в изолированных от моря емкостях.

Итак, как же работает наше производство? Сначала канализационные стоки смешиваются с морской водой и поступают в пруды, где на них выращиваются одноклеточные водоросли, которые, в свою очередь, служат кормом моллюскам. Затем сточные воды поступают в контейнеры с образующими фикоколлоиды макрофитами, т.е. многоклеточными Бурыми водорослями грациллярией и агардиеллой, которые извлекают оставшиеся питательные вещества. Вот и все. На выходе мы получаем чистую воду, питательных моллюсков и водоросли, из которых, как вы уже знаете, можно получать массу полезных веществ.

Учитель. А это что за фабрика по соседству?

Ученый. Это завод по производству горючего газа метана из ламинарии. Видите, недалеко от берега в море крупные плоты? Вот на них и выращивают ламинарию, а затем, путем ферментации таллома водоросли, получают метан.

Учитель. Ну что же, ребята, возвращаемся домой. Вот и закончилось наше путешествие. Хочется надеяться, что сегодня на уроке вы узнали много нового и полезного, и мир водорослей запомнится вам надолго. Еще не раз в своей жизни вы встретитесь с этими живыми организмами, поэтому не забывайте: это очень хрупкий мир, который надо охранять и беречь!