Водоросли: строение, многообразие и значение

Стенки аквариума за месяц без ухода покрываются зелёным налётом, а вода в старой бочке на даче зеленеет сама собой. Это не грязь, а живые существа — водоросли: настолько мелкие, что отдельную клетку без микроскопа не разглядишь. Зато масштаб у них планетарный: фитопланктон океана, то есть взвесь микроскопических водорослей, даёт больше половины кислорода на Земле. Водоросли открывают царство Растения не случайно: они древнее всех остальных групп и устроены проще всех. Размах группы огромен: от шариков размером в тысячную долю миллиметра до бурых гигантов, чьи ленты тянутся на десятки метров. При этом единого «родословного дерева» у водорослей нет: зелёные, бурые и красные произошли от разных древних предков, а в школьный курс их собирает общее слоевищное строение и жизнь в воде.

Тело без органов: слоевище

У водоросли нет ни корней, ни стеблей, ни листьев. Их тело называют слоевищем: внутри не найти ни сосудов, ни настоящих тканей, каждая клетка сама кормит себя фотосинтезом. К субстрату водоросли крепятся ризоидами — ветвящимися нитевидными выростами. Это не корни: ризоиды только держат, а воду и минеральные вещества слоевище впитывает всей поверхностью. Теперь познакомимся с двумя знаменитыми одноклеточными. Хламидомонада — одиночная клетка с парой жгутиков: она плывёт к свету, потому что в передней части клетки сидит красный светочувствительный глазок, а большую часть объёма занимает крупный хлоропласт в форме чаши. В лужах и прудах она быстро делится, а её родственница, снежная хламидомонада, живёт в тающем снеге гор и красит его в розовый цвет. Хлорелла — шаровидная клетка без жгутиков, почти целиком заполненная хлоропластом. Фотосинтезирует она так активно, что хлореллу пробовали заводить в замкнутые системы: в опытах на подводных лодках и космических кораблях она должна была пополнять запас кислорода и идти на корм экипажу. Хлоропласт у водорослей принято называть хроматофором — «несущим цвет»: у хламидомонады он в форме чаши, а у спирогиры — закрученная лента-спираль, по которой эту водоросль узнают с первого взгляда. Внутри хроматофора сидят пиреноиды — уплотнения, вокруг которых откладывается запасной крахмал.

Одноклеточные, колониальные и нитчатые

Слоевище устроено по-разному, и по форме тела водоросль удобно распознавать. Одноклеточные — хламидомонада и хлорелла — обходятся единственной клеткой. Колониальные живут компаниями: вольвокс строит полый шар из сотен клеток с жгутиками, колония плывёт согласованно, а дочерние шарики созревают прямо внутри материнского. Нитчатые водоросли собираются в цепочки: у спирогиры клетки соединены встык в длинную нить, а нити улотрикса крепятся к подводным камням в быстрых холодных ручьях — там, где течение легко сносит одиночные клетки. У пластинчатых слоевище раскрыто в тонкую пластину из двух слоёв клеток, как у морского салата улвы. Наконец, у крупных бурых есть подобие черешка с пластиной и пузыри, наполненные газом, — они удерживают ленту близко к свету.

• Одноклеточная форма: хламидомонада, хлорелла — вся жизнь в одной клетке
• Колониальная форма: вольвокс — шар из сотен клеток, плывущий единым целым
• Нитчатая форма: спирогира и улотрикс — цепочки клеток в виде нити
• Пластинчатая форма: улва, морской салат — двухслойная пластина
• Крупные бурые: ламинария и макроцистис с черешком, пластиной и пузырями

Размножение: три способа

У водорослей есть все три способа размножения. Вегетативный — простейший: кусочек слоевища, оторванный волной, даёт начало новому растению. Бесполое размножение идёт через зооспоры — подвижные споры со жгутиками: клетка хламидомонады останавливается, теряет жгутики и делится внутри на две, четыре или восемь будущих зооспор, которые разрывают оболочку и расходятся по воде. У хлореллы споры неподвижные, но работают так же. Половое размножение красивее всего показывать на спирогире: две соседние нити выстраиваются параллельно, между клетками вырастают мостики, и содержимое одной клетки перетекает в другую. Такое слияние называют конъюгацией: образуется покрытая толстой оболочкой зигота, которая зимует на дне, а весной прорастает новой нитью.

Три цвета моря

Многоклеточные водоросли живут в основном в морях, и их удобно делить по окраске. Зелёные водоросли — хлорофилл у них ничем не замаскирован: нитчатая спирогира из пруда, морской салат улва, та же хламидомонада. Бурые водоросли получили название из-за дополнительного пигмента: ламинария, которую продают как морскую капусту, фукус, а у тихоокеанских берегов — гигантская макроцистис, чьи слоевища вытягиваются на десятки метров. Бурые водоросли накапливают йод, поэтому ламинарию советуют при его нехватке. Красные водоросли, или багрянки, живут глубже всех: красный пигмент ловит синие лучи, единственные, что пробиваются на глубину в десятки метров. Из красной анфельции получают агар — желирующее вещество, без которого невозможны мармелад, зефир и лабораторные питательные среды для микробов. Тонкие пластины нори, в которые заворачивают роллы, — тоже красная водоросль, близкая родня порфиры: её выращивают на верёвках в морских хозяйствах. А фукус у берега ведёт себя как настоящий экстремал: во время отлива его слоевище часами лежит на воздухе и подсыхает, а с приливом снова оживает — густая слизь на поверхности бережёт его от высыхания.

Слоевище#

тело водоросли без корней, стеблей и листьев; другое имя — таллом

Ризоиды#

ветвящиеся нитевидные выросты, которыми слоевище держится за грунт; всасывать не умеют

Хроматофор#

хлоропласт водоросли: зелёная лаборатория фотосинтеза

Пиреноид#

уплотнение внутри хроматофора, вокруг которого откладывается запасной крахмал

Зооспора#

подвижная спора со жгутиками, служит бесполому размножению

Фитопланктон#

взвесь микроскопических водорослей в верхнем, освещённом слое водоёма

Водоросли и человек

Водоросли работают не только в океане, но и в человеческом хозяйстве. Из красных водорослей добывают агар: порошок без вкуса и запаха, который после растворения и охлаждения превращается в плотное желе. Он держит форму в мармеладе и зефире и служит основой питательных сред, на которых микробиологи выращивают бактерии. Из бурых водорослей получают альгинаты — загустители, которые не дают мороженому таять слишком быстро и делают соусы и кремы однородными. Ламинария знакома каждому как морская капуста: источник йода, которого жителям дальних от моря территорий часто не хватает. Даже горная порода диатомит — скопление панелей древних диатомовых: из неё делают фильтры и теплоизоляцию.

• Агар — желирующее вещество из красных водорослей: мармелад, зефир, лабораторные среды
• Альгинаты — загустители из бурых водорослей: мороженое, соусы, кремы
• Ламинария — морская капуста, источник йода
• Диатомит — порода из панелей диатомовых: фильтры и теплоизоляция
• Хлорелла — кандидат в корм и в замкнутые системы жизнеобеспечения

Водоросли живут и в неожиданных партнёрствах. Лишайник на старом пне — это союз гриба и водоросли: гриб даёт укрытие и воду, водоросль кормит обоих фотосинтезом. Клетки зелёных водорослей поселяются даже внутри животных: у пресноводной гидры и у инфузории-туфельки бывают собственные «зелёные квартиранты», которые на свету снабжают хозяина сахаром. А у ленивца, висящего на ветке неделями, шерсть зеленеет от водорослей — для него это маскировка в кронах.

Как это спрашивают: разбор типовых заданий

• «Чем водоросли отличаются от растений» — назови три признака: нет органов, нет настоящих тканей, тело — слоевище
• «Определи водоросль по описанию» — держи под рукой приметы: глазок и жгутики у хламидомонады, лента-хроматофор у спирогиры
• «Из каких водорослей получают агар» — красные багрянки, пример — анфельция
• «Почему водоросли относят к растениям» — главный признак: хлорофилл и фотосинтез
• «Зачем океану фитопланктон» — больше половины кислорода планеты и начало пищевых цепей

Образец полного ответа на вопрос «чем водоросли отличаются от растений»: тело водоросли — слоевище, оно не разделено на корни, стебель и листья; настоящих тканей внутри тоже нет, каждая клетка фотосинтезирует сама. К грунту водоросль крепится ризоидами, которые только держат её, но не всасывают воду. Главный признак, объединяющий водоросли с растениями, — хлорофилл и фотосинтез, поэтому их относят к царству растений как древнейшую группу.

Дальше по курсу мхи и папоротники выйдут из воды на сушу, но сохранят главный водорослевый приём — размножение спорами. Пока же запомни два имени для проверочной: хламидомонада с глазком и жгутиками и хлорелла-шарик, а для кухни — три цвета слоевища: зелёный, бурый и красный.

Подсказка: клавиши J — следующая тема, K — предыдущая, на телефоне: свайп влево/вправо — соседняя тема