В.И. АБРАМОВ,
Заслуженный учитель России,
Северодвинская городская гимназия

Продолжение. См. № 7, 8, 9/2004

Бактерии, грибы, споровые растения

(Спецкурс по биологии)

Отдел Красные водоросли (Багрянки)

Эта группа включает в себя около 4000 видов, большинство которых – обитатели дна морей и океанов, и лишь немногие живут в пресных водоемах. Это самые совершенные по строению водоросли.

Большинство багрянок имеют размеры от нескольких сантиметров до метра, а в некоторых случаях – до 50 м. Но встречаются и одноклеточные красные водоросли. Строение красных водорослей очень разнообразно. Среди них есть нитевидные и пластинчатые формы, цилиндрические и корковидные, в виде шнуров и разветвленных кустиков. Они всегда прикреплены к камням, ракушкам и другим подводным предметам с помощью нитевидных выростов – ризоидов. Красные водоросли обитают на разных глубинах, в том числе и на больших (до 260 м).

Своеобразие красных водорослей заключается в наборе пигментов, которыми они обладают. Их сочетания определяют разнообразие окраски от ярко-красной до голубовато-зеленой и желтой. В результате фотосинтеза в цитоплазме клеток откладывается полисахарид, близкий по строению к гликогену. Другая важная особенность красных водорослей – сложный половой процесс. Гаметы и споры красных водорослей лишены жгутиков и неподвижны. Оплодотворение осуществляется при пассивном переносе мужских половых клеток к женским. У некоторых видов красных водорослей, называемых каменными (литотамниями), слоевище сильно пропитывается карбонатом кальция. Такие багрянки наряду с кораллами участвуют в образовании коралловых рифов. Но в отличие от кораллов они распространены и на Севере, образуя в Баренцевом и Белом морях в местах с сильным течением красно-розовые корки на каменистом дне.

Красные водоросли играют важную роль в жизни моря, потому что синтезируют органические вещества на таких глубинах, где другие водоросли жить не могут. Ими питаются многие морские животные.

Важны красные водоросли и для человека. В Японии, Китае, Корее, на островах Океании из них готовят салаты, приправы, супы и даже конфеты. В Японии их разводят, особенно водоросль порфиру. Но несравненно более важна роль красных водорослей в промышленности. Из них получают агар-агар – смесь высокомолекулярных углеводов, нередко с присоединенными остатками серной кислоты. Растворенный в горячей воде агар после остывания образует плотный студень. Агар используется при изготовлении мармелада, пастилы, незасахаривающегося варенья и нечерствеющего хлеба, его добавляют в мороженое и желе. Он же придает бумаге и тканям глянцевитость. Еще важнее роль агара в микробиологии: на его основе изготавливают твердые среды для выращивания отдельных колоний микроорганизмов. В последнее время стало известно, что сульфатированные углеводы красных водорослей – каррагены – подавляют рост вируса, вызывающего СПИД.

Отдел Бурые водоросли

К отделу бурых водорослей относятся одноклеточные и многоклеточные растения. Общее число их видов достигает 1500. Распространены бурые водоросли в морях и океанах всего мира, преимущественно на прибрежных мелководьях, но отдельные виды встречаются и вдали от берегов.

Бурые водоросли

Общим признаком бурых водорослей является желтовато-бурая окраска их слоевища, обусловленная большим количеством желтых и бурых пигментов.

Размеры этих растений – от десятых долей миллиметра до десятков метров, а слоевище бурой водоросли макроцистис может превышать в длину 50 м.

Столь же разнообразна и форма слоевища бурых водорослей: встречаются нитевидные, корковидные, шаровидные, пластинчатые, кустообразные талломы. Они могут быть расчленены на части, сходные с вегетативными органами высших растений: ризоиды, ствол и листовые пластинки. Слоевища многих видов содержат пузырьки воздуха, удерживающие водоросли в вертикальном положении.

У низкоорганизованных нитчатых бурых водорослей таллом образован одним рядом клеток. Оболочка клеток снаружи ослизненная, состоит из пектиновых веществ и внутреннего целлюлозного слоя. Слизь защищает клетки от механических воздействий и пересыхания во время отлива. У многих видов слоевище состоит из нескольких рядов клеток, плотно соединенных между собой по всей длине. В таком слоевище можно различить кору из интенсивно окрашенных клеток, содержащих большое количество хлоропластов, и сердцевину, состоящую из бесцветных клеток. Сердцевина служит для транспортировки продуктов фотосинтеза, а также выполняет механическую функцию, т.е. у бурых водорослей намечается разделение клеток слоевища на ткани.

Вегетативное размножение происходит отделением частей таллома, бесполое – путем образования зооспор. Наблюдается у бурых водорослей и половой процесс.

Бурые водоросли – один из основных источников органических веществ в полярных морях. Их заросли являются пищей, местом размножения и укрытием для многих видов животных.

Ламинария

Общеизвестна крупная бурая водоросль ламинария (морская капуста). Ее слоевище достигает в длину нескольких метров. Удивительно, что эта гигантская пластина вырастает за один летний сезон и отмирает осенью. Ламинария прикрепляется ко дну корневидными выростами. Однако это не настоящие корни, всасывающие воду и соли нужных элементов. Корневидные выросты ламинарии являются ризоидами – они выполняют функцию якорей. На слоевищах, и особенно между ризоидами морской капусты, проживает несметное множество мелких животных: полипов, червей, моллюсков, ракообразных. Для одних ламинария – источник питания, для других – убежище или место прикрепления. На этих подводных лугах кормятся многочисленные стаи рыб. Многие рыбы, например дальневосточная сельдь, откладывают на слоевище морской капусты икринки. Отмирающие каждый год слоевища потребляются многими беспозвоночными животными и образуют детрит – основную часть прибрежного ила.

Морская капуста съедобна и высоко ценится, особенно в странах Дальнего Востока. В XVIII в. в Китае был издан императорский указ, обязывающий всех жителей каждый год употреблять определенное количество морской капусты. В Японии, Корее, Китае ламинарию разводят искусственно, расчищая прибрежные участки и засевая их спорами или засаживая молодыми слоевищами. Такие же плантации созданы у нас на Дальнем Востоке. А вот на Белом море искусственно разводить ламинарию не удалось. Морская капуста используется и как лечебное и профилактическое средство при желудочно-кишечных заболеваниях, явлениях склероза, рахита, зоба. Большинство других бурых водорослей также съедобно. Они содержат йод и другие полезные вещества.

В России имеется два комбината по переработке водорослей, во Владивостоке и Архангельске, где из них получают разнообразные продукты.

В прибрежной полосе северных морей, в том числе и в Белом, растет бурая водоросль фукус. В Атлантическом океане встречается водоросль, послужившая основой многочисленных легенд и романа Александра Беляева «Остров погибших кораблей». Речь идет о саргассах. Почти все бурые водоросли растут, прикрепившись к морскому дну, камням, другим водорослям. Лишь саргассы одного из районов Атлантики, окруженного кольцевым течением, свободно плавают на поверхности, поддерживаемые мелкими ягодообразными пузырьками. Отсюда и их название саргассы (мелкий виноград). Этот район получил название Саргассова моря. В нем на площади около 45 млн км2 растет 12–15 млн т водорослей. Однако саргассы не образуют скоплений, способных затормозить ход не только судна, но и шлюпки.

Отдел Зеленые водоросли

Зеленые водоросли могут быть как одноклеточными, так и многоклеточными. Количество их видов достигает 20 000.

Зеленые водоросли

Типичным представителем одноклеточных зеленых водорослей является хламидомонада. Ее округлые клетки с хорошо заметной оболочкой имеют размеры около 10 мкм. Хламидомонада встречается в мелких пресных водоемах, в лужах, загрязненных органическими веществами. Передвигается эта водоросль при помощи жгутиков, расположенных на переднем, более узком, конце клетки. Снаружи хламидомонада покрыта прозрачной оболочкой. Под ней находится ядро, цитоплазма и похожий на чашу хроматофор. В передней части клетки располагается красное пигментное пятнышко – стигма, способное реагировать на свет разной интенсивности. Хламидомонада может синтезировать органические вещества сама – за счет фотосинтеза, а может всасывать их через стенку клетки в готовом виде.

Летом хламидомонада размножается простым делением. Она перестает плавать, теряет жгутики. Содержимое клетки дважды делится под оболочкой, образуя при этом 4 новые клетки – зооспоры. Материнская оболочка разрывается, и зооспоры выплывают наружу, становясь самостоятельными водорослями. При наступлении неблагоприятных условий хламидомонада может размножаться половым путем. Сначала она делится на большое количество мелких клеток – гамет, затем оболочка лопается, и гаметы сливаются попарно. Образовавшаяся зигота покрывается многослойной оболочкой и оседает на дно водоема, где и перезимовывает. Весной зигота делится митотически с образованием 4 дочерних особей хламидомонады.

Другим представителем зеленых одноклеточных водорослей является хлорелла. Ее можно встретить в пресной воде, влажной почве, на стволах деревьев. Клетки хлореллы – микроскопические неподвижные зеленые шарики. Хлорелла очень быстро размножается бесполым путем.

Хлорелла

Эффективность использования солнечной энергии у хлореллы в 7 раз выше, чем у наземных растений – при том же количестве света она образует значительно большее количество питательных веществ. В ее клетках накапливается большое количество белка, масла, витаминов. Путем селекции получены разновидности хлореллы с высоким содержанием углеводов (до 60%) и липидов (до 85%). Хлореллу разводят для получения органических веществ и как кормовую культуру. В будущем, как полагают ученые, она поможет создать замкнутый круговорот веществ в космических кораблях для обеспечения космонавтов пищей и кислородом во время продолжительных полетов.

Хлорелла также является хорошим очистителем сточных вод.

Кроме одноклеточных есть и многоклеточные виды зеленых водорослей. Нитчатая водоросль спирогира распространена в стоячих и медленно текущих водах, где нередко образует большие скопления тины ярко-зеленого цвета. Тело спирогиры представляет собой тонкую нить из длинных цилиндрических, расположенных в один ряд клеток с хорошо заметной клеточной стенкой. Снаружи нити спирогиры одеты слизистым чехлом. Характерным признаком этой водоросли является то, что ее хроматофор имеет вид спирально изогнутой ленты, расположенной в пристеночном слое цитоплазмы. Полость клетки заполнена большой вакуолью, а в центре клетки находится ядро с ядрышком, заключенное в цитоплазматический мешочек и подвешенное на цитоплазматических тяжах.

Вегетативное размножение спирогиры происходит путем разрыва ее нити на отдельные короткие участки. Бесполое размножение отсутствует. При половом размножении две нити обычно располагаются параллельно друг другу и срастаются при помощи копуляционных выростов. Оболочки в месте их соприкосновения растворяются, и образуется сквозной канал, через который содержимое клетки одной нити перемещается в клетку другой и сливается с ним. Затем, после периода покоя, в образовавшейся зиготе происходит редукционное деление. Из 4 образовавшихся ядер 3 отмирают, а одно остается ядром единственного проростка, выходящего через разрыв наружных слоев оболочки клетки.

Подцарство Высшие растения

Возникновение высших растений связано с выходом их предков на сушу. В процессе приспособления к наземным условиям существования у них сформировались вегетативные органы – корень, лист и стебель – как результат разделения функций между различными участками тела. Для высших растений характерна также анатомическая дифференцировка и наличие тканей, выполняющих различные функции. Органы полового (антеридии и архегонии) и бесполого (спорангии) размножения у этих растений всегда многоклеточные. В жизненном цикле высших растений происходит закономерное чередование поколений: диплоидного, образующего споры спорофита, и гаплоидного, производящего гаметы гаметофита. Как правило, наиболее развито одно поколение: у мхов – гаметофит, у остальных – спорофит.

Отдел Моховидные

Мхи – одна из самых древних и примитивных групп высших растений, обособленная и тупиковая ветвь эволюции. Мхи произошли от псилофитов и существовали уже в каменноугольном периоде палеозойской эры. Моховидные – это в основном многолетние растения, обычно низкорослые, их размеры колеблются от миллиметра до нескольких десятков сантиметров. Мхи имеют тело, расчлененное на стебли и листья. Настоящих корней не имеют, их роль выполняют ризоиды. Тело мхов состоит из тканей, но настоящих сосудов у них нет.

Моховидные распространены во влажной умеренной зоне Северного и Южного полушарий, в тундре, высокогорных лесах тропиков. Вот описание леса, заросшего мхами, которое приводит в книге «Под тропиками Азии» известный русский ученый А.Н. Краснов.

Моховидные

«Общее впечатление от здешних лесов таково, какое бы мы получили от хорошей нашей дубравы, в которой все стволы деревьев, их ветви и сучья, все кусты, старые пни и камни мы бы обернули войлоком. Эти толстые деревья, точно распухшие от одевших их толстых подушек мха, кажутся какими-то обросшими тиною колоннами подводного дворца. Все мокро и неподвижно».

Типичным представителем мхов является кукушкин лен. Он растет в сырых хвойных лесах и на заболоченных лугах, образуя дернинки. Высота стебля – 15–30 см. Стебель густо покрыт листочками, расположенными в три ряда или по спирали. Листочки узкие, к вершине заостренные, имеют срединную жилку. В стебле мха различают ткани: покровную, под ней механическую, в центральной части – паренхиму. В самом центре стебля находится проводящая ткань, состоящая из вытянутых клеток.

Продолжение следует