Диатомовые водоросли — важнейшая часть морского и пресноводного планктона. Микроскопический организм диатомей представляет собой одну клетку, покрытую кремниевой оболочкой. Встречаются колониальные формы этой группы водорослей, они часто образуют серый, зелено-бурый или коричневый гелеобразный налет на различных поверхностях. Диатомеи играют огромную роль в экосистемах, даже таких маленьких, как аквариум в комнате. Водоросли создают значительное количество биомассы, что уже привлекло к ним внимание производителей органических веществ и борцов за чистоту водоемов.
Отдел Диатомовые водоросли
Международное систематическое название группы диатомей — Bacillariophyceae. Объединяют в эту обширную группу — по разным данным — от 20 000 до 200 000 видов, живущих в соленой и пресной воде, даже под ледяным покровом Арктики и Антарктики. Диатомовые водоросли — преимущественно планктонные организмы, что подразумевает отсутствие органов для активного передвижения в воде. Исследованы мельчайшие представители этой группы, которые способны самостоятельно перемещаться, для этого у них есть многочисленные приспособления.
Поверхность твердых створок одноклеточных и колониальных организмов покрыта тонким слоем органических соединений. Есть рисунок из ребер, штрихов, по которым можно отличать диатомовые водоросли. Фото одного из этих микроскопических существ, расположенное ниже, дает представление о форме клетки, строении ее поверхности. Цвет диатомей варьируется от желтого до коричневого, что обусловлено присутствием смеси хлорофиллов, ксантофиллов и каротинов — всего насчитывается порядка 9 разных пигментов.
Причины появления
Причины появления коричневых водорослей следующие:
- нарушения азотного цикла;
- избыток в воде азотистых соединений;
- избыточное содержание в аквариуме силикатов;
- слишком высокие значения рН и жесткости;
- избыточное накопление органики;
- слишком короткий световой день;
- перенаселение аквариума и перекармливание рыбок;
- малое количество аквариумных растений;
- низкие температуры воды;
- плохая фильтрация;
- чрезмерное внесение удобрений и избыток в воде фосфатов;
- отсутствие подмен воды и регулярной чистки;
- нарушение биобаланса (например, после лечения рыб лекарственными препаратами, особенно содержащими йод и натрий).
Также бурые водоросли могут появиться после проведения тотальной уборки аквариума: подмены большого объема воды, сифонки грунта и промывки фильтра, выполненных одновременно.
Внешнее строение диатомовых водорослей
Одна из главных отличительных характеристик диатомей — твердая оболочка клетки, образованная диоксидом кремния с примесями соединений алюминия, магния, железа, органических веществ. Покров состоит из двух не одинаковых по размерам половинок, которые закрываются как шкатулка или коробка. Одна створка крупнее другой, обе имеют слегка выпуклую либо плоскую форму. Большая половинка оболочки накрывает маленькую, как крышка. Есть дополнительные структуры — септы. Они делят клетку на отдельные камеры.
Многочисленные признаки внутреннего и внешнего строения отличают диатомовые водоросли. Фото под микроскопом позволяет тщательнее изучить особенности клеточной оболочки и внутреннего содержимого. Внешняя стенка на всем своем протяжении не однородная, она пронизана множеством отверстий, через которые происходит обмен веществ с окружающей средой. На кремнеземном панцире имеются выросты, помогающие колониальным формам создавать ассоциации, противостоять волнам и течениям.
Морфология и анатомия
Диатомовые водоросли ‘(Diatomophyta)’, или Бациллярии ‘(Bacillariophyta)’ – отдел (тип) водорослей, насчитывающий около 20 тыс. видов. Это одноклеточные организмы, свободноплавающие или прикрепленные к субстрату. Иногда они объединяются в нитевидные или цепочковидные колонии. Форма колоний может быть круглой, эллипсоидной, бочонковидной, призматической. Клетки Д. в. имеют твёрдый кремнеземный панцирь, состоящий из двух половинок, так называемых створок, входящих одна в другую (1 и 5, рис. 1). Многие Д. в. имеют двустороннюю симметрию и способность передвигаться по субстрату при помощи выделяемой из шва слизи (4, 7, 8, рис. 1). Шов представляет собой щель в створке панциря. Диатомеи с радиальным строением такого шва не имеют.
Рисунок 1
Строение клетки диатомовых водорослей
Цитоплазма образует тонкий пристеночный слой, имеется своеобразный мостик, в котором расположено одно диплоидное ядро с ядрышками (1–8 штук). Практически все внутреннее клеточное пространство занимает вакуоль. Хроматофоры в основном расположены вдоль стенок. Это небольшие, но многочисленные диски или более крупные пластины. Гетеротрофные диатомовые водоросли не содержат пигментов. В хроматофорах автотрофных диатомей присутствуют окрашенные пластиды:
- а- и с-хлорофиллы (зеленые);
- β- и ε- каротины (оранжевые);
- ксантофиллы (диадиноксантин, диатоксантин фукоксантин и другие желтые пигменты).
Реакции фотосинтеза в клетках диатомей приводят к образованию липидов, а не углеводов, как у большинства наземных растений. Кроме молекул жиров, необходимых для жизнедеятельности, в качестве включений и запасных веществ в клетках находятся зерна волютина и хризоламинарина.
Общая информация
Диатомовые водоросли были открыты в XVIII веке, когда для различных исследовательских работ стали использовать микроскопы Левенгука и новые лупы с сильным увеличением. Эта группа одноклеточных водорослей получила несколько научных названий, а именно: бациллариевые (Bacillariophyta), кремнеземные (Kieselalgae) и диатомовые (Diatomeaea).
Последнее название было дано этим организмам из-за особого способа размножения — делением панциря на 2 части. Второе объясняется наличием найденной у клеток водорослей кремнеземной оболочки. А бациллариевыми их стали называть по имени первого рода, который был описан в 1788 году. Наименование образовали от слова бациллария, что переводится как «палочковидный».
В российской литературе обычно встречается второе имя или его производная — диатомеи, а современным (научным) считается латинское Bacillariophyta.
Диатомовые водоросли были открыты в XVIII веке
Кремнеземные организмы являются основной составляющей планктона-бентоса, в диких водах их можно встретить на глубине не более 100 метров. Средой обитания для диатомовых водорослей служит какой-либо субстрат. Они перемещаются в нём, цепляясь за поверхность, с помощью ножек и трубочек.
По способу питания диатомеи причисляют к фототрофам, однако среди них нередко встречаются гетеротрофы, миксотрофы и симбиотрофы.
Эти организмы предпочитают обитать в группах со своими сородичами. Их наличие в аквариуме можно распознать по появлению коричневого, буро-зелёного или серого налёта, которым покрываются стеклянные стенки. Для мировой экосистемы подобные водоросли очень важны, так как производят большое количество органических веществ. Именно это спровоцировало появление интереса к одноклеточным со стороны защитников природы и производителей различных биоматериалов.
Средой обитания для диатомовых водорослей служит какой-либо субстрат
Однако стоит иметь в виду, что их появление в аквариумах не сулит ничего хорошего, поэтому от таких фототрофов нужно избавляться как можно быстрее. Для этого нужно узнать о подобных водорослях побольше, а именно понять их назначение и устройство.
Описание и строение водорослей
Благодаря электронным микроскопам, мощность которых позволяет увеличивать исследуемые объекты в тысячи раз, специалисты получили возможность рассмотреть строение диатомовых клеток.
Основной составляющей является панцирь, представляющий собой внешнюю оболочку из двух половинок. В зависимости от разновидности, эти створки могут быть скреплены вместе, слегка сдвинуты друг на друга или иметь разделитель, который помогает частям панциря раздвигаться, чтобы организм мог наращивать клеточную массу.
Основной составляющей диатомий является панцирь, представляющий собой внешнюю оболочку из двух половинок
Половинки имеют шероховатую поверхность, на них можно заметить множество рёбер, пор, ячеек, отверстий или камер. Площадь этой импровизированной брони покрыта углублениями на 75 процентов. А также на ней имеются различные наросты, которые позволяют одноклеточным собираться в группы.
Главным компонентом этой естественной защиты является диоксид кремния, в котором присутствуют различные примеси, например, железо, органические вещества, алюминий и магний. Внешнюю сторону панциря украшает тонкий налёт органики.
С помощью микроскопа учёные смогли рассмотреть формы, которые может иметь этот покров:
- веретена;
- цилиндры;
- диски;
- шарики;
- барабаны;
- трубочки;
- булавы;
- коробочки.
Площадь этой импровизированной брони покрыта углублениями на 75 процентов
Существует множество видов створок. Эти структурные элементы способны образовывать сложные и интересные комбинаций, хотя состоят только из одной клетки. Формы панциря и створок очень разнообразны, причудливы и затейливы, а их поверхность настолько изящна и необычна, что увеличенные изображения диатомовых водорослей можно с лёгкостью принять за произведения искусства.
Защитную функцию организма выполняет цитоплазма – она находится внутри клетки и тонким слоем покрывает всю поверхность кремниевых стенок. Все внутреннее пространство клетки занимает вакуоль, а ядрышки и диплоидное ядро образуют специфический мостик. Также по периметру панциря расположены хроматофоры, которые выглядят как мелкие пластинки и диски. Чем меньше их размер, тем больше их содержится в клетке. Некоторые диатомеи относятся к гетеротрофам и поэтому не имеют пигментов. Автотрофные разновидности имеют в своем составе пластиды разнообразных оттенков.
В результате фотосинтеза такие водоросли вырабатывают не углеводы, как все наземные растения, а липиды. Для здоровой и активной жизнедеятельности этим организмам требуются жиры, а также резервные и дополнительные вещества, например, такие как хризоламинарин.
Размножение диатомеи
У этих организмов довольно высокая скорость размножения, которое обычно происходит делением пополам. Темпы развития напрямую зависят от условий окружающей среды. Так, за сутки одна клетка может превратиться в 35 миллиардов новых.
Потому этот вид водорослей так распространён на планете Земля, его можно встретить практически во всех водоёмах мира (кроме луж). Он прекрасно приспосабливается к жизни в озёрах, реках и морях с умеренной температурой воды, однако может поселиться даже в ледяных или горячих горных источниках.
У диатомей довольно высокая скорость размножения, которое обычно происходит делением пополам
Размножение диатомей происходит одним из двух способов:
- половым;
- вегетативным.
Бациллариевые водоросли и похожие на них одноклеточные растения образуют основу фитопланктона всего Мирового океана. В их состав включены зола, жиры и различные витамины, поэтому мелкие обитатели морей с удовольствием лакомятся такими организмами. Одной из важных способностей диатомеи считается производство кислорода в довольно больших масштабах.
Колониальные диатомеи
Последовательное деление одной клетки диатомовой водоросли приводит в результате к появлению целой колонии. Удерживаются отдельные мельчайшие организмы вместе благодаря разнообразным выростам оболочки, имеющим форму крючочков, рогов, шипов. Диатомовые водоросли в виде бесформенных слизистых комков и пленок не имеют упорядоченной структуры. Если общей слизи нет, то клетки скрепляются твердыми створками, образуя ленты, цепочки, кустики, либо имеют форму звезды, веера.
Размножение диатомей
Вегетативное размножение диатомовых водорослей связано с митотическим делением ядра в клетке. Возникают два протопласта, каждому из них в итоге отходит одна твердая створка. Вторая достраивается, после этого новые организмы колониальных форм диатомовых водорослей остаются соединенными, а одноклеточные разделяются. Результатом вегетативного размножения становится уменьшение размеров клеток от поколения к поколению. К уже имеющейся створке достраивается вторая — меньшего размера, поэтому со временем мельчают такие диатомовые водоросли.
Представители ряда групп диатомей при половом размножении проходят конъюгацию, как одноклеточные зеленые водоросли. В центрических диатомеях проходит оогамный процесс, когда одни особи дают яйцеклетки, а другие — жгутиковые сперматозоиды. Происходит оплодотворение, в результате чего возникает зигота, покрытая пектиновой оболочкой, затем образуется ауксоспора.
Основные систематические группы диатомовых водорослей
Отдел Bacillariophyta объединяет свыше 10 000 современных видов. Представители биологической науки утверждают, что их на самом деле существует в несколько раз больше. Систематика диатомовых водорослей на протяжении последних столетий претерпела несколько изменений. Споры ведутся в основном вокруг количества классов. Наиболее распространенная классификация:
Класс Центрические диатомеи (Centrophyceae) — содержит 5 порядков. Принадлежат к этой группе одноклеточные и колониальные диатомовые водоросли. Виды: Cyclotella meneghiniana, Melosira arctica и другие. Представители центрических диатомей составляют основу планктона, активно передвигаться в толще воды они не могут.
Класс Пеннатные, или Перистые диатомеи (Pennatophyceae). Насчитывает 4 порядка. В этой группе широко представлены одноклеточные виды, способные активно передвигаться, и колониальные формы. Среди перистых диатомовых водорослей преобладают бентосные организмы, населяющие озера и моря. Предпочитают поверхности различных субстратов, покрывают их слизистой пленкой или комками. Относятся к перистым диатомеям такие роды, как Synedra, Fragilaria, Tabellaria, Diatoma, Navicula, Cymbella.
Меры профилактики
Для того чтобы не запускать аквариум заново, проще поддерживать чистоту в имеющемся резервуаре. Созданию оптимальных условий поспособствуют:
- частые подмены воды;
- контроль перенаселения;
- баланс рационы рыб.
Частые подмены
При масштабном появлении водорослей нужно менять воду два раза в неделю, при этом меняя одну пятую ее часть. Вода помогает выводить вредоносные макро- и микроэлементы и убирает ненужную органику. Подмена воды принесет пользу, как рыбам, так и растениям. Избавиться от водорослей помогает установление еще одного фильтра, для лучшей фильтрации воды.
Контроль перенаселения
Требуется избегать перенаселения в аквариуме. Как было сказано выше, следует избегать перенаселения в резервуаре, следить, чтобы на каждый сантиметр тела рыбки приходился один литр воды (касаемо мелких видов), для крупных особей – в два раза больше.
Происхождение отдела Bacillariophyceae
Диатомеи разительно отличаются от других водорослей. Изучив пигментные пластины, а также процесс фотосинтеза, протекающий в клетках, ученые пришли к выводу о происхождении этих организмов от древнейших жгутиковых. Доказательством теории является их способность синтезировать органические вещества с помощью пигментов разного цвета — зеленых, оранжевых и желтых. Исследователи установили родственные связи диатомей с бурыми, золотистыми и желто-зелеными водорослями.
Твердые кремнеземные панцири клеток на протяжении сотен тысяч лет откладывались на дне морей и океанов в виде диатомитов и других горных пород. Наиболее древние ископаемые диатомовые водоросли сохранились среди меловых отложений мезозоя (эры средней жизни). Добывают диатомит и трепел преимущественно в карьерах, используют в строительстве.
Наносимый вред
Подводным обитателям аквариума Диатомея не причиняет вреда и никак на них не влияет. Но этот налет создает благоприятную среду для развития более сложных водорослей. Красные, зеленые водоросли мешают нормальному развитию аквариума и портят внешний вид.
Более серьезной проблемой будет появление диатомеи черная борода, относящейся к группе Красных водорослей. Эта темная водоросль с листьями-волосками селится на листьях медленнорастущих растений и питается готовыми органическими веществами листьев. Еще черная борода закрывает доступ света и прекращает фотосинтез листьев. Лист постепенно отмирает, а борода перемещается на другое место.
Бурый налет, появляющийся на растениях опасен, ведь он препятствует обмену газов с внешней средой и процессу фотосинтеза. Это приводит к гибели растения. Листья начнут постепенно разлагаться и заражать рядом растущие растения.
Экология диатомовых водорослей
Диатомеи широко распространились в пресных и соленых водоемах по всему земному шару. Обитают эти организмы среди влажных горных пород, в почве, освоили даже горячие источники, снежный покров и льды полярных областей. Моря и океаны населяют преимущественно виды, относящиеся к центрическим диатомеям.
Пресные водоемы — типичные местообитания пеннатных диатомовых водорослей. Среди представителей этой группы встречаются не только планктонные, но и бентосные формы (донные организмы). Велико разнообразие эпифитных диатомей и тех, что вызывают «цветение» воды в озерах и водохранилищах, их зарастание.
Значение диатомей
В Мировом океана диатомовые водоросли составляют более 2/3 от всего видового разнообразия водорослей. На их долю приходится 50% от общей биомассы морей и океанов, в масштабе планеты этот показатель тоже выглядит внушительно — 25% органической массы.
Диатомеи — находятся в начале пищевых цепочек водных экосистем. Эти фотосинтезирующие клетки в составе планктона служат пищей для беспозвоночных животных. Рыбы, ракообразные и другие представители морской фауны тоже питаются диатомеями либо поедают зоопланктон. Хозяйственное и научное значение диатомовых водорослей:
- применяются в качестве показателей или индикаторов состояния поверхностных вод;
- составляют основу при образовании на дне водоемов сапропеля (диатомового ила);
- входят в состав отложений полезных ископаемых (диатомита и трепела);
- способствуют самоочищению водоемов от ряда неорганических загрязнений;
- помогают определить происхождение и возраст горных пород по панцирям ископаемых форм.
Диатомовые водоросли в аквариуме
Обживают стеклянные стенки, заселяют поверхность камней и приборов, покрывают листья подводных многоклеточных растений. Не любят яркий свет, поэтому предпочитают затемненные участки аквариума. С диатомеями нужно бороться, чтобы весь искусственный биоценоз за стеклянными стенками не покрылся бурой слизью. Необходимо счищать пленку и бурые комочки, как только они начинают появляться на камнях и приборах. Труднее всего убрать налет из диатомей на листьях подводных растений.
Предпринимаемые меры должны быть направлены на регулирование освещения и состава воды. Одной из причин «цветения» жидкости в аквариуме и естественных водоемов является избыточное содержание силикатов. Если минеральных веществ мало, то развитие диатомей идет медленно. Такой же эффект вызывает хорошее освещение аквариума, постоянное очищение стекол и камней от колоний диатомовых водорослей.
Способы борьбы
Бороться с диатомовыми водорослями трудно. Обычные способы чистки – скребком или губкой – малоэффективны, т. к. очищенные поверхности очень быстро вновь покрываются налетом. Моллюски не могут сколько-нибудь заметно повредить эти обрастания. Ни один вид рыб также не трогает диатомовые водоросли. Единственный способ предотвратить появление этих низших водных организмов и их размножение в аквариуме – поддерживать в нем правильный режим. Прежде всего, освещение должно быть достаточным, а температура воды не ниже 24–25 °С. Обязательно соблюдать чистоту и регулярно подменивать воду, держать содержание нитратов и фосфатов в норме. При таком режиме у диатомовых водорослей появляется много более сильных конкурентов, подавляющих их рост. Хорошие результаты дает применение ультрафиолетового стерилизатора.
