Как водоросли размножаются? Виды размножения водорослей

Водоросли являются автотрофными организмами, которые способны осуществлять фотосинтез. На данный момент идентифицировано более 30 000 видов водорослей. Хотя они обладают хлорофиллом, подобно зелёным растениям, они лишены крепкой корневой системы и листьев. Следовательно, это не растения, поэтому и способ размножения у водорослей другой.

Водоросли не являются растениями, поэтому их размножение отличается от размножения растений

Структура водорослей может варьироваться от простых одноклеточных (например, Micromonas) до сложных многоклеточных (например, Kelps) форм. Они встречаются в любой среде обитания: пресноводной, морской, болотистой, во влажной почве и на скалах. Исходя из характерных особенностей, выделяют четыре основных вида водорослей: цианобактерии, зелёные, красные и бурые.

Что такое водоросли

Водоросли – это особая группа одноклеточных или многоклеточных организмов, обитающих преимущественно в водной среде. Это довольно обширная группа низших растений. Среда обитания их настолько велика, что найти можно везде, как в океанах, так и в морях, озёрах, реках, прочих водоёмах, на влажной почве и даже коре деревьев.

Водоросли — это, как одноклеточные простейшие организмы, так и многоклеточные колониальные. Оболочки многоклеточных водорослей состоят из целлюлозы, которые присоединяются друг другу с торца.

Корневая система у них отсутствует. Вместо этого, водоросли прикрепляются к поверхности при помощи специальных отростков – ризоидов.

Водоросли – это главный источник органики на всей Земле. Практически все пищевые цепи начинаются именно с них. Более того, они служат источником питания для многих обитателей водной среды.

Также водоросли пригодны для изготовления удобрений, корма для животных, ну и, конечно же, могут употребляться в пищу человеком.

Деление спорами и генеративный тип

К бесполому размножению относится и деление спорами. Обычно в них находятся 2 набора хромосом, которые хранят информацию родительского растения.

Существует несколько видов спор:

• тетраспоры;
• автоспоры;
• зооспоры;
• синзооспоры;
• гипроспоры;
• алпноспоры.

У разных видов водорослей они могут развиваться внутри клеток или же быть самостоятельными частями организма. Также существуют и такие, которые могут развиваться отдельно от родителя.

Во время генеративного размножения два взрослых растения обмениваются набором хромосом, чтобы дать потомство, у которого будут черты от обоих родителей. Наиболее простым способом считается конъюгация. Они появляется тогда, когда два организма меняются хромосомами, после чего разделяются. Слияние (оогамия) у определённых видов происходит при помощи специальных трубок.

Многие многоклеточные водоросли имеют половые клетки, которые называются гаметами. Они сливаются, после чего появляется потомство или же споры.

Происхождение водорослей

До сих пор нет единого мнения о происхождении водорослей и их точном возрасте из-за того, что этот вид организмов представлен большим разнообразием. Более того, не сохранилось ни единого примера ископаемых образцов и невозможно установить, какие этапы эволюции этот вид организмов прошёл.

Биологи всего мира убеждены в том, что ни одно растение в мире не сравнится с целебной силой морских водорослей, так как существует теория о зарождении жизни в море, а значит, именно в них содержится уникальный биологический состав.

Однако существует мнение, что зелёные и жёлтые водоросли появились на Земле около 3 млрд лет назад. Вначале они возникли в виде одноклеточных и лишь потом колониальных. И именно появление этого вида организмов привело к формированию на Земле кислородной атмосферы и озонового слоя, что впоследствии привело к зарождению жизни. Около миллиарда лет назад появились многоклеточные сложные водоросли.

Общая характеристика

Характерной особенностью всех видов водорослей является наличие хлорофилла. Также могут содержаться и другие пигменты. Среди них можно выделить:

• фикоциан;
• фикоксантин;
• каротин;
• ксантофилл.

От них зависит пигментация растений. Кроме зелёного цвета они могут иметь красный, бурый или жёлтый окрас.

Благодаря присутствию пигментов обеспечивается аутотрофный тип питания. Но многие виды водных растений способны при определённых условиях переходить на гетеротрофное. Также известны случаи сочетания такого питания с фотосинтезом.

Сейчас учёным известно примерно 40 тысяч видов водорослей. Схема классификации до сих пор полностью не разработана, так как учёные ещё недостаточно хорошо изучили все формы этих организмов. В России подразделение осуществляется по отделам. Деление зачастую происходит исходя из окраса растений. Цвет, как правило, совпадает с особенностями строения.

В строении ядер эукариотических водорослей выделяют такие структуры:

1. Ядерный сок.
2. Ядрышки.
3. Оболочки.
4. Хромосомы.

Строение остальных разновидностей характеризуется огромным разнообразием. Эволюция сохранила самые перспективные формы, включая те, которые позволили в итоге образоваться наземным видам.

Чтобы развитие водорослей происходило хорошо, необходимы благоприятные условия:

1. Наличие минеральных солей.
2. Достаточное количество углерода.
3. Свет.

Основная среда обитания — вода. Также на жизнедеятельность этих растений оказывают влияние уровень солёности, температура и т. д. Большинство водорослей произрастают в пресных и солёных водоёмах. Некоторые виды населяют толщу воды, свободно в ней перемещаясь. Так образуется фитопланктон. Также могут закрепляться на морском дне, создавая фитобентос. Водоросли присутствуют и в горячих источниках. Жизненные циклы таких видов происходят значительно быстрее.

Существуют и наземные водоросли. Кроме того, они могут обитать в снегах и льдах Арктики, а также известковом субстрате.

Многие водоросли ведут симбиотический образ жизни. Они способны вступать в такие отношения с другими представителя как растительного, так и животного мира. Самым интересным для учёных является симбиоз с грибами. Благодаря ему возникают лишайники.

Виды водорослей

Современной биологии известны более 30 тысяч видов водорослей. Однако все их можно объединить в особые группы:

1. Эвгленовые или одноклеточные. Самые маленькие водоросли.
2. Пирофитовые водоросли, мембрана которых состоит из целлюлозы.
3. Диатомеи. Они состоят из клеток с так называемым двойным панцирем.
4. Золотистые водоросли. Здесь возможно встретить как одноклеточные, так и многоклеточные, однако все они пресноводные золотистого или буро-жёлтого цвета.
5. Жёлто-зелёные. Их очень часто объединяют с предыдущей группой.
6. Зелёные. Их можно обнаружить невооружённым глазом, например, на коре деревьев.
7. Харовые водоросли. Это уже многоклеточные водоросли, которые нередко объединяются с зелёными. Высота стебля колеблется от 2,5 см до 10 см.
8. Красные водоросли. Так называются из-за присутствия в их составе особого элемента – фитоэритрина, который и окрашивает их в красный цвет. Обитают эти водоросли преимущественно на большой глубине в морях.
9. Бурые водоросли. Самый совершенный вид. Обитают они на большой глубине и способны создавать заросли, такие, например, как в Саргассовом море. Ризоиды у них плотно прикреплены к поверхности, так что оторвать их практически невозможно.

Клеточная структура водорослей

Пример ниже представляет собой схематическое изображение хламидомонады (просвечивающая электронная микроскопия). Эта клетка представляет собой одноклеточную водоросль зеленого цвета пресной воды , но клетки многоклеточных водорослей реагируют примерно так же:

• Клеточная стенка, более или менее толстая, играет защитную роль.
• Цитоплазматическая мембрана, полупроницаемая, позволяет клетке обмениваться с окружающей средой.
• Цитоплазмы, или плазмалеммы, место метаболических реакций, выглядит как своего рода желе.
• Ядро окружено мембраной (эукариот) и содержит ДНК.
• Эндоплазматический ретикулум отвечает за синтез белка.
• Митохондрии отвечают за окислительную дыхательную цепь.
• Диктиосома также участвует в производстве белков, в частности в их отделке.
• Хроматофор отвечает за фотосинтез.
• Зерна крахмала (не всегда в хроматофоре) являются запасами клетки.
• Вакуоль поддерживает внутреннюю среду: удаление воды, минеральных солей и некоторых отходов.
• Стигма (глазок) представляет собой структуру, которая позволяет информирует клетку о возможности инициирования фотосинтеза.
• Пиреноид различной формы может содержать крахмал, а также растворимые полисахариды; его роль еще не очень четко определена. Пиреноиды не ограничены мембраной и присутствуют не во всех клетках водорослей.

Строение хламидомонады

Распространение водорослей в природе

По способу существования водоросли делятся на две большие группы: это водные и живущие на суше – вне воды.

В свою очередь, водные можно поделить на несколько категорий:

1. Планктонные. Находятся в воде в подвешенном состоянии. При этом абсолютно приспособлены к такому образу жизни.
2. Бентические. Обитают на дне водоёмов.
3. Перифитонные. Обитают на подводных скалах, обрастают глубоководные предметы.
4. Нейстонные. Этот вид водорослей плавает в полупогруженном состоянии. Одна часть находится над поверхностью воды, другая обязательно должна быть погружена в воду.

Водоросли, живущие суше, делятся на две подгруппы:

1. Аэрофитон. Водоросли, которые обрастают наземные предметы, поваленные объекты, пни.
2. Водоросли, растущие на поверхности почвы.

Помимо вышеуказанных видов, встречаются такие, которые живут в солёных водоёмах, на снегу или льду, а также обитают в известняковом субстрате.

Таблица «Многообразие водорослей»

Кроме указанных в таблице, основных, групп водорослей, есть также:

• диатомовые;
• жёлтозелёные;
• золотистые.

Диатомовые водоросли распространены в морях и пресных водоёмах. Их особенность – наличие панциря из кремнезёма. При отложении панцирей на дне водоёмов формируется горная порода диатомит.

Рис. 3. Панцири диатомей под микроскопом.

Каким образом размножаются водоросли

Давайте разбираться с основным вопросом статьи. В природе водоросли размножаются тремя способами. Каждый из них имеет свои особенности.

1. Водоросли размножаются вегетативно. Это такой способ размножения, при котором взрослая особь делится надвое или, например, происходит отделение почки от материнского тела. Затем вновь образованные клетки делятся на две и четыре клетки, из которых впоследствии вырастает взрослая водоросль.
2. Бесполое размножение. Такой вид, при котором внутри клетки водоросли происходит деление протопласта, с последующим его выходом наружу и отделением от материнской клетки.
3. Водоросли размножаются спорами, которые образуются в специальных органах — спорангиях.
4. Половое размножение. Заключается в слиянии двух клеток, гамет, в результате чего появляется зигота, которая впоследствии вырастает в новую особь или даёт зооспоры. Причём зиготы различных водорослей после своего образования ведут себя по-разному. У одних они впадают в период покоя, который может длиться до нескольких месяцев. А другие же прорастают сразу в новый слой или слоевища.

Примечательно то, что каждый вид водорослей размножается по-разному. Этот вопрос изучает школьная программа. И часто ученики слышат вопрос от учителя: «Как размножаются водоросли? Опишите размножение водорослей.» Ответить на него просто, если изучить материал подробно.

Особенности строения

Говоря о том, чем представлено тело водорослей, надо помнить: речь о примитивных организмах. По некоторым данным, они первые, кто стал населять планету Земля. Не удивительно, что у таких организмов нет разделения на вегетативные органы. Вместо этого присутствует слоевище, или таллом.

Строение водорослей

Главная особенность — структура нитчатая или пластинчатая. У более взрослых организмов встречается кустистая или разветвленная. Размеры также сильно зависят от типа организма. Минимальные размеры составляют десятую долю миллиметра, максимальные — десятки метров.

Схема строения водорослей

Когда водоросли размножаются бесполым путём. Виды бесполого размножения

Это наиболее простой вариант. Бесполым путём или вегетативно водоросли размножаются преимущественно только в благоприятных для них условиях. Это значит, когда вода в водоёме имеет определённую температуру и условия максимально способствуют бесполому размножению.

Если же в водоёме или окружающей среде происходят резкие перепады температур, загрязнение или переполнение обитателями, в этом случае водоросли приступают к половому размножению.

Бесполое размножение можно поделить на несколько видов:

1. Водоросли размножаются вегетативно – происходит разделение вегетативных клеток.
2. Споруляция. Или по-другому водоросли размножаются с помощью специальных клеток. Эти клетки носят название споры.

Когда водоросли размножаются бесполым путём, существует лишь один родитель, от которого наследуются все существующие геномы. Но в случае мутаций, генетический материал может значительно измениться.

Зачастую один организм может размножаться как бесполым путём, так и вегетативным.

Хлорелла

Хлорелла — это одноклеточный автотрофный протист. Она (рис. 32) часто встречается в прес­ных водоемах, на сырой земле, коре деревьев.

Строение

Хлорелла имеет шаровидную фор­му. Клетка покрыта плот­ной гладкой оболочкой. В цитоплазме содержатся ядро, чашевидный хлоро­пласт и другие органоиды.

Размножение

Размножается хлорел­ла бесполым путем, обра­зуя множество спор. Еще внутри материнской клет­ки споры покрываются соб­ственной оболочкой, а затем выходят наружу (рис. 33). В дальнейшем спора вырас­тает во взрослую особь.

Вегетативное размножение водорослей

Вегетативное размножение характерно в большинстве случаев для бурых водорослей.

При этом способе размножения части водоросли (талломы) отделяются от существующих, без каких-либо изменений, а образованные новые клетки получают в наследство часть материнской оболочки.

Вегетативно могут размножаться как одноклеточные, так и многоклеточные водоросли. Причём у одноклеточных клетка делится на две, а у многоклеточных отделение происходит пластами или целыми слоевищами, колониями. У нитчатых водорослей вегетативный способ размножения происходит путём разделения нитей на их отдельные фрагменты.

При этом не все водоросли из отряда колониальных представителей могут размножаться вегетативно, так же как и у одноклеточных наряду с вегетативным способом размножения может существовать и половой путь.

Бурые водоросли, как уже говорилось выше, размножаются именно этим способом, при помощи специальных выводковых веточек. Аналогичным способом размножаются все виды саргассов в Саргассовом море.

Вегетативный способ размножения

Водоросли размножаются несколькими способами. При вегетативном — ДНК родительского материала не взаимодействует с другими клетками. Этот способ может быть достаточно разнообразным, представляя собой:

1. Отделение клеток. Некоторые виды размножаются при помощи деления клеток. Новые бинарные единицы начинают развиваться в отдельный организм.
2. Почкование. На родительном теле нарастают новообразования, которые через определённое время отделяются.
3. Фрагментация. Обычно встречается у различных колониальных видов. Тело родителя разделяется на несколько фрагментов, которые становятся новыми организмами.

Тип размножения зависит от конкретного вида водорослей и принадлежности к какой-либо группе. Также бывают подвиды вегетативного способа, но они встречаются очень редко.

Размножение спорами

Помимо вегетативного размножения водоросли размножаются с помощью спор. Это определённый подвид бесполого размножения.

Споры образуются в специальных органах, так называемых спорангиях или зооспорангиях. При рассеивании спора начинает прорастать и затем образуется новая взрослая самостоятельная особь.

Подвижные споры со жгутиками, способные к передвижению, называют зооспорами.

Вариант бесполого размножения спорами можно рассмотреть на примере такой водоросли, как улотрикс. В благоприятных для нее условиях жизни от существующей материнской нити отделяются её фрагменты, которые содержат споры. Они плавают в свободном состоянии, затем, прикрепившись к подводному предмету, начинают активно делиться и образуют новую нить водоросли. Нужно заметить, что этот вид водоросли может одновременно размножаться как бесполым путём, так и половым.

Замечено, что можно простимулировать образование спор у некоторых видов нитяных водорослей, для этого в среде обитания должно произойти повышение углекислоты.

Функцию бесполого размножения в этом случае выполняют особи под названием спорофиты, то есть образующие споры.

Хламидомонада

Хламидомонада состоит из одной вытянутой с переднего конца клетки. Здесь расположена пара жгутиков, обеспечивающих передвижение. Клеточная стенка защищает хламидомонаду от внешнего воздействия. В клетке содержится гаплоидное ядро с одинарным набором хромосом, крупная чашевидная пластида (хроматофор), придающая зеленую окраску. На переднем конце расположены пара сократительных вакуолей, удаляющих излишки жидкости.

Хламидомонада способна выбирать более освещенные участки в воде и двигаться к ним. Эту способность называют положительным фототаксисом. Для такого движения у водоросли есть светочувствительный глазок (стигма) в основании жгутиков.

В жизненном цикле хламидомонады происходи чередование гаплоидной и диплоидной форм.

Благоприятные условия запускают бесполый путь размножения. Увеличившись до определенного размера, клетка отбрасывает жгутики и принимает округлую форму. Ядро клетки начинает делиться. Затем оболочка клетки разрывается и наружу выходят несколько пар мелких клеток, обладающих жгутиками. Это зооспоры. Вырастая, они превращаются во взрослые хламидомонады.

Неблагоприятные условия среды запускают половой процесс. Внутри клеток формируются гаметы, которые, выходя в воду, соединяются с образованием зиготы. Следует отметить, что соединяются гаметы из разных родительских клеток. Далее зигота покрывается плотной оболочкой, образуя зигоцисту, переживая в таком состоянии неблагоприятные условия. Когда условия вокруг меняются, в зигоцисте запускается мейоз и наружу выходят 4 зооспоры, из которых вырастают взрослые хламидомонады.

Половой путь размножения

Помимо вышеперечисленных способов водоросли размножаются половым путём. Он характеризуется, прежде всего, оплодотворением, то есть слиянием двух клеток — гамет. После этого образуется зигота, которая впоследствии и становится родоначальницей нового организма.

У водорослей существует несколько способов полового размножения:

1. Изогамия – подразумевает под собой слияние двух одинаковых по размеру и строению гамет.
2. Гетерогамия. Так называют слияние двух гамет, при которой одна больше другой. Причём та, которая больше размером, как правило, женская.
3. Оогамия. При этом способе размножения происходит слияние малоподвижной женской клетки с подвижной мужской гаметой.
4. Конъюгация. Под этим понятием подразумевают такой тип размножения, при котором происходит соединение двух вегетативных клеток, лишённых жгутиков.

У примитивных водорослей одна и та же особь способна как половому, так и бесполому размножению. У наиболее развитых функцию выполняют особи под названием гаметофиты, то есть образующие гаметы.

Отдел Зеленые водоросли

С эволюционной точки зрения зеленые водоросли (Chlorophyta) представляют собой чрезвычайно важную группу: некоторые из них не только организовали сложные дифференцированные многоклеточные тела, но и переместились на сушу, дав начало эмбриофитам — настоящим растениям. Возможно из-за того, что большинство знакомых нам животных и растений сухопутные и многоклеточные, мы не осознаём насколько сложен был этот процесс.

Истинная многоклеточность среди зелёных водорослей развивалась несколько раз. Но переход к сложной форме организации фотосинтететического аппарата, нужного при жизни на суше, был настолько труден, что произошёл, по-видимому, только однажды.

Зелёные водоросли чрезвычайно эволюционно пластичны. Они выживают в разных катаклизмах, когда большинство растений погибают. Специализированные клетки есть и в других группах водорослей (бурых и красных), но их метаболизм не переносит экологических изменений. Немногие из них могут жить в почве, в воздушной среде, внутри животных, как это делают зелёные водоросли.

Их можно встретить в прибрежных морских водах и в открытом океане в виде фитопланктона. Отдельные представители, способные переносить условия экстремального засоления, найдены на дне океана в сообществах гидротерм и в пустынях. Менее экзотические виды поселяются на поверхности скал, шерсти животных и коре деревьев. Виды Хлорофита (Chlorophyta) образуют симбиотические отношения с грибами (в результате возникают лишайники), простейшими, губками и кишечнополостными.

Зелёные водоросли чрезвычайно разнообразны. Изучая их, мы понимаем, что метаболизм и организация покрытосеменных растений и человека не единственные успешные эксперименты эволюции в решении биологических проблем.

В хлоропластах зелёных водорослей, как и у высших растений, присутствуют хлорофиллы a и b, а также каротины и ксантофиллы. Их клеточная стенка образована особым видом целлюлозы и пектиновыми веществами. Запасное вещество — крахмал, реже масло. Зелёные водоросли обитают главным образом в пресных водоёмах, но встречаются также морские, наземные и почвенные виды.

Самое реликтовое и простое тело — это подвижная одиночная клетка. И сегодня существует много одноклеточных зелёных водорослей.Но есть и другие типы строения тела зелёных водорослей.

Жизненные циклы зеленых водорослей

Тип жизненного цикла Покрытосеменных растений, представляющий собой чередование гетероморфных (гаметофит и спорофит) поколений, прослеживается и у других групп растений вплоть до зелёных водорослей. У одноклеточных водорослей, таких как эвгленовые, не имеющих полового процесса, жизненный цикл представляет собой простой клеточный цикл. Их воспроизводство обеспечивают митоз и цитокинез.

С развитием полового процесса у водорослей происходит два критических изменения:

• появляется мейоз, выделяющий гаплоидный набор хромосом;
• возникает половой процесс, при котором происходит соединение двух гаплоидных наборов хромосом в один диплоидный.

Ни один многоклеточный организм на Земле не является бесполым, не исключение здесь и зелёные водоросли. Простейший их жизненный цикл выглядит следующим образом:

• диплоидная клетка подвергается мейозу;
• каждая новая гаплоидная клетка существует как самостоятельный одноклеточный организм, способный к митозу. Клеточное деление одноклеточных одновременно является и их бесполым размножением;
• некоторые из этих клеток действуют в качестве гамет. Они сливаются и производят диплоидную зиготу, которая также способна размножаться бесполым путём — при помощи митоза;
• некоторые из этих клеток снова подвергаются мейозу.

Гаметы, зиготы и организмы водорослей различаются мало, так как ни один из них не является специализированным. Как гаплоидные, так и диплоидные клетки способны расти, делиться и размножаться. Такое чередование поколений (гаплоидная и диплоидная стадии) называется дибионтическим.

У монобионтических видов существует только одно свободно живущее поколение. У некоторых монобионтных видов гаплоидная фаза — это индивидуальный организм, а единственной их диплоидной стадией является зигота, способная только к мейозу, а не к размножению митозом и росту. Как у многоклеточных, так и у одноклеточных гаплоидные организмы этого типа способны к фотосинтезу и росту. У другой группы монобионтов диплоидная фаза представляет собой вегетативную фазу роста. А их единственными гаплоидными клетками являются гаметы, которые способны только к сингамии.

У дибионтных видов зелёных водорослей обе стадии являются многоклеточными: гаметофит (гаплоидная фаза) и спорофит (диплоидная фаза). Их гаметофит и спорофит:

• могут сильно походить друг на друга (изоморфия);
• быть очень разными по внешнему виду и строению (гетероморфия), что позволяет им колонизировать различные экологические ниши. Они как бы являются разными организмами и гаметофит не конкурирует со спорофитом.

Все спорофиты, как водорослей, так и эмбриофитов, производят споры при мейозе. Эти споры диплоидны и дают начало новой бесполой стадии размножения — спорофиту. Гаметофиты некоторых водорослей тоже производят споры, но путём митоза, они гаплоидны и развиваются в новый гаметофит, также представляющий собой бесполую стадию жизненного цикла.

В некоторых случаях водоросли размножаются фрагментацией, которая похожа на вегетативное размножение покрытосеменных. Они производят отростки вдоль края таллома, которые отделяясь от материнского тела, становятся самостоятельными организмами.

Половые клетки на ранних стадиях эволюции были одинаковыми (изогамными). Позже появилось незначительное различие между гаметами (анизогамия) и сильные различия (оогамия). Гаметы водорослей вырабатываются в гаметангиях. Сперматозоиды, или микрогаметы, образуются в микрогаметангиях, а яйцеклетки, или макрогаметы — в макрогаметангиях.

Споры формируются в спорангиях, в зависимости от размера спор, они появляются либо в мегаспорангиях, либо в микроспорангиях. Важнейшим отличием водорослей от настоящих растений является то, что их гаметангии и спорангии имеют клеточный уровень организации. Отдельные клетки развиваются в гаметы или споры внутри клетки, а когда они выходят из неё, там не остаётся ничего кроме пустых камер.

Одноклеточные зелёные водоросли

Для большинства одноклеточных зелёных водорослей характерна монадная и коккоидная морфологические структуры.

Хламидомонада — один из простейших хлорофитов. Она одноклеточна и, как все зеленые водоросли, имеет хлорофилл a и b, каротиноиды и ксантофиллы. Крахмал хламидомонады образуется в хлоропластах точно так же, как и у настоящих растений. Её подвижная грушевидная клетка покрыта прозрачной оболочкой, состоящей из гемицеллюлозы и пектиновых веществ. Два передних одинаковых между собой жгутика отличают хламидомонаду от гетероконтных подвижных клеток бурых водорослей.

Большую часть клетки хламидомонады занимает хлоропласт, в углублении-чаше которого расположено ядро. В передней части клетки, в хлоропласте, находится глазок (стигма) при помощи него водоросль двигается к свету (положительный фототаксис). На переднем конце клетки имеются две пульсирующие вакуоли, выделяющие избыток воды и регулирующие осмотическое давление внутри тела-клетки.

Строение хламидомонады

Хламидомонада питается миксотрофно: наряду с фотосинтезом её клетка способна поглощать растворённые в воде органические вещества, помогая очищать загрязнённые воды. Обитает эта водоросль в мелких пресных водоёмах.

Хламидомонада снежная (Chlamydomonas nivalis) из класса Chlorophyceae встречается на поверхности снежников и ледников, окрашивая их в красноватые оттенки. Это явление носит название «красный снег».

Хламидомонады быстро передвигаются толчками за счёт биения жгутиков. В неблагоприятных условиях при подсыхании водоёма они становятся неподвижными, теряют жгутики, стенки их ослизняются. При изменении условий жгутики могут появиться вновь.

Как и большинство подвижных зеленых водорослей, хламидомонада имеет нормальные: митоз, мейоз и оплодотворение. Её жизненный цикл прост: гаплоидная клетка резорбирует свои жгутики, делится митотически, образует 2, 4, 8 или 16 новых клеток, которые выращивают новые жгутики, каждый из них свободно плавает и живёт, пока не встретит совместимую клетку. Гаметы узнают друг друга по реакциям на кончиках своих жгутиков. Они подвергаются плазмогамии и кариогамии, образуя большую зиготу. Кроме изогамии у разных видов хламидомонад есть гетеро- и оогамия.

Жизненный цикл хламидомонады

Зигота сбрасывает четыре жгутика и опускается на дно в спокойном состоянии. Она делится путем мейоза и образует четыре двужгутиковые гаплоидные особи. Зигота у хламидомонады — это единственная диплоидная клетка во всем жизненном цикле.

Хлорелла (Chlorella vulgaris) — микроскопическая планктонная водоросль, обитающая в мелких стоячих пресных водоёмах, лужах, канавах, во влажной почве, на стволах деревьев. Клетки её шаровидные, неподвижные (без жгутиков), покрытые плотной оболочкой из целлюлозы. Крупный чашевидный хлоропласт придаёт хлорелле зелёный цвет.

Хлорелла размножается только бесполым путём

Стигмы нет, ядро мелкое. Есть пиреноид, окружённый крахмальными зёрнами. Размножается только бесполым путём при помощи неподвижных округлых автоспор. Питается только фотоавтотрофно, обладает активным фотосинтезом и ускоренным размножением. Поэтому она является удобным объектом для исследований. Хлорелла давно признана ценным белковым продуктом и активно культивируется для производства кормов.

Зеленоватый налёт на стекле, плёнку на воде в домашних сосудах образует другая хлорелла Chlorella infusionum .

Подвижные колониальные виды

Клетки подвижной колониальной линии водорослей сильно напоминают хламидомонаду. Но образуются они при делении зиготы. Клетки удерживаются вместе студенистой матрицей. У Гониума каждая колония содержит всего несколько клеток (4, 8, 16 или 32), и единственным признаком их организованности является то, что все жгутики бьются согласованно.

Пандорина примерно такого же размера как Гония, состоит из 16 клеток, но она немного более сложно устроена. Её клетки несколько дифференцированы: передние отличаются от задних. Колония плавает в одном направлении.

Вольвокс — это ошеломляющий представитель этой линии: его колонии содержат до 50 000 хламидомоноподобных клеток, легко заметных и без микроскопа. Дифференцировка их выражается в том, что до 50 клеток в задней половине колонии специализирована только для размножения.

Нитевидные многоклеточные зелёные водоросли

Представители рода Улотрикс (Ulothrix) представляют собой простые виды нитевидных зеленых водорослей. У них мягкое, в основном неразветвлённое слоевище, состоящее из тесно связанных клеток.

У них монобионтный жизненный цикл, в котором участвует только одно свободноживущее многоклеточное поколение, и оно гаплоидное. Улотрикс состоит из одного ряда довольно одинаковых клеток, за исключением базальной клетки, модифицирующейся в фиксатор — ризоидальные базальные выросты или одну клетку. При помощи фиксатора улотрикс прикрепляется к субстрату.

Клетки цилиндрические, одноядерные. В молодых клетках отношение длины к ширине, как правило, больше, чем в старых клетках. Хлоропласты одиночные, постенные, ремнеобразной формы, как правило, лопастные, в молодых клетках незамкнутые, в зрелых клетках — иногда полностью замкнутые. Пиреноид один, в более зрелых клетках окружен тонкой или толстой оболочкой из крахмала; старые клетки аккумулируют крахмал, маслоподобные и волютиновые капли. Бесполое размножение осуществляется четырехжгутиковыми зооспорами и путем фрагментации нитей. При неблагоприятных условиях иногда развиваются толстостенные нити с акинетоподобными стадиями, редко — истинные акинеты.

Основная масса клеток путём митоза продуцирует бесполые зооспоры, имеющие четыре жгутика. Они непродолжительное время свободно плавают. А затем оседают и прорастают в новые нити. Некоторые клетки производят изогамные двужгутиковые гаметы, похожие на хламидомонад. Они сливаются попарно, образуя зиготу, которая делится мейозом, образуя четыре гаплоидные зооспоры. Каждая зооспора некоторое время живёт самостоятельно, затем теряет жгутики, прикрепляется к субстрату и вырастает в новую нить.

Улотрикс — космополит с широкой экологической амплитудой, часто встречается в умеренных и холодных регионах; как правило, образует нити, собранные в пучки или маты длиной несколько сантиметров.

Спирогира — очень распространённая пресноводная нитчатая зелёная водоросль. Она встречается в прудах и реках, где образует тину. Неветвящиеся нити сформированы группой крупных цилиндрических клеток, покрытых целлюлозной оболочкой и слизью. Клетки имеют красивые спирально-ленточные хлоропласты (хромотофоры), расположенные пристенно. Большую часть клетки занимает центральная вакуоль. Рост нити осуществляется за счёт поперечного деления клеток.

У спирогиры не образуется подвижных плавающих гамет. Вместо этого её нити сближаются и спариваются. Каждая нить гаплоидна и является либо положительной либо отрицательной. Если совместимые нити (+ и -) оказываются друг против друга, то между её клетками образуется коньюгационная трубка, по которой мигрируют протопласты и сливаются.

Ядра же объединяются только спустя 30 дней после начала коньюгации. Появившаяся диплоидная клетка становится дремлющей, обрастает толстой клеточной стенкой, устойчивой к внешним воздействиям. Позже она прорастает в новую нить. Вскоре после кариогамии клетки делятся мейотически, образуя гаплоидные споры.

Вегетативно спирагира размножается обрывками нити, а бесполым путём — при помощи неподвижных апланоспор, образующихся по одной в каждой клетке.

Пластинчатые виды

Ульва — род морских зелёных водорослей, таллом которых имитирует листовую структуру. Она намного сложнее улотрикса, но многие стадии их жизненного цикла идентичны. Четырёхжгутиковая гаплоидная зооспора также вырастает в нить, подобную улотриксу. Клетки ульвы делятся в двух направлениях и образуют листоподобный таллом, затем все клетки делятся в третьей плоскости и «лист» становится двухслойным. Клетки у основания водоросли образуют ризоидоподобные выросты.

У ульвы дибионтический жизненный цикл с чередованием изоморфных поколений: её гаметофит и спорофит выглядят одинаково. Как и у цветковых растений у ульвы существует два типа особей в одном поколении. Во время полового размножения клетки гаметофита производят двухжгутиковые анизогаметы, причём меньшие гаметы образуются на одном гаметофите, а большие — на другом. Зигота вырастает в нить, а затем в двухслойный листоподобный таллом, точно такой же, как у гаметофита. Многие виды ульвы употребляют в пищу. Их называют «морским салатом».

Ценоцитарные виды

Дибионтический жизненный цикл с чередованием гетероморфных (непохожих) поколений иллюстрируется дербезией, организмом, в котором он впервые был обнаружен. В 1938 году П. Корнману удалось получить зооспоры Дербезии марины (Derbesia marina

), ветвящейся нитевидной водоросли, состоящей из гигантских клеток. Зооспоры были тщательно сохранены, но вместо того, чтобы вырасти в другую дербезию, они дали начало особям совершенно другого вида — галицистису.

Тело галицистиса совершенно не похоже на дербезию. Оно состоит из одной большой сферической ценоцитарной клетки, прикреплённой к поверхности при помощи небольшого удерживающего устройства. Почти весь объём клетки занимает единственная гигантская вакуоль с тонким слоем протоплазмы рядом со стенкой.

В зрелом возрасте особи галицистиса, находящиеся на стадии гаметофита, производят либо мужские, либо женские анизогаметы, которые, пройдя сингамию образуют зиготу. После прорастания зиготы выростает в дербезийский спорофит. Но даже такие разные жизненные стадии классифицировать как разные роды неверно, поэтому название Halicystis ovalis исключили из терминологии.

Цветущие растения также имеют чередование гетероморфных поколений, но их гаметофиты растут внутри спорофитов, поэтому вопрос о их классификации решается легко.

Паренхиматозные виды

Несколько групп зеленых водорослей претерпевают истинный паренхиматозный рост, который является основой паренхимы у эмбриофитов. Хлорофиты делится с помощью фикопласта, который никогда не встречается у настоящих растений. Харофиты же подвергается делению клеток с помощью фрагмобласта, как и растительные клетки.

У хлорофитов жгутиковый корневой аппарат (прикрепляющий жгутики к клетке) состоит из четырех полос, расположенных крест-накрест; ни у одного настоящего растения нет такого типа жгутикового аппарата. У харофитов жгутиковый корневой комплекс сходен с комплексом подвижных клеток истинных растений: одна крупная полоса микротрубочек простирается вниз в цитоплазму от базального тела. Харовые водоросли — единственные из водорослей имеющие многоклеточные гаметангии.

Интересным примером может служить харовая водоросль Хара, которая имеет стеблеобразное тело, разделенное на узлы и междоузлия, с завитками-ветвями, возникающие на междоузлиях. Тело состоит из нескольких клеток, составляющих истинную паренхимную ткань, полученную в результате деления клеток во все трёх плоскостях. Клетки происходят от апикальной меристемы, которая содержит выдающуюся апикальную клетку.

Внешнее строение харовой водоросли

Хотя эти особенности соответствуют таковым у цветковых растений, практически все сходства являются ложными, поскольку самые ранние сосудистые наземные растения не имели никаких узлов, междоузлий или ветвей. Если Хара является сестринской группой эмбриофитов, то единственными признаками, которые могут быть гомологичными, а не аналогичными, являются паренхиматозное тело и рост апикальной меристемы.

Простое тело из паренхиматозных клеток также встречаются у представителей Coleochaete, еще одной группы харофитов, которые изучаются как возможные близкие родственники наземных растений.

Размножение Хары имеет большое значение. Как и эмбриофиты она имеет многоклеточные репродуктивные структуры со стерильными клетками, и исходя из этого, Хара должна была бы классифицироваться как растение, а не как водоросль. Её сперматозоиды вырабатываются в многоклеточном гаметангии, наружные клетки которого стерильны; только внутренние клетки превращаются в сперматозоиды. В зрелом возрасте внешние клетки слегка отделяются, и подвижные сперматозоиды уплывают. Яйцеклетка образуется как концевая ячейка короткой нити из трёх клеток, но субтерминальная клетка делится, и эти клетки растут вверх и окружают макрогамету.

После оплодотворения стерильные клетки, окружающие оплодотворенную яйцеклетку, откладывают утолщения на своих внутренних стенках, примыкающих к зиготе. Таким образом, покоящаяся структура состоит не только из толстостенной зиготы, но и из защитных стерильных клеток. Когда покоящаяся клетка прорастает, она становится гаплоидной нитью, которая вскоре образует апикальную меристему и демонстрирует паренхиматозный рост.

Источники:

1. Водоросли : Цианобактерии, красные, зеленые и харовые водоросли : учеб.-метод. пособие / А. Г. Пауков, А. Ю. Тептина, Н. А. Кутлунина, А. С. Шахматов, Е. В. Павловский; [под общ. ред. А. Г. Паукова] ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2021.
2. Агафонова И.Б. Биология растений, грибов, лишайников, 10-11 класс: уч. пособ. М: Дрофа, 2008.
3. Андреева И.И., Родман Л.С. Ботаника. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: КолосС, 2002.
4. James D. Mauseth, PhD University of Texas at Austin SIXTH EDITION

Примеры размножения водорослей

Примером вегетативного размножения водорослей может послужить фукус. На главном его талломе образуются дополнительные аналогичные по строению талломы, которые впоследствии дают начало новому организму.

Бесполое размножение, то есть деление на две клетки, можно наблюдать у эвглены.

Хламидомонада – это водоросль, размножение которой происходит как половым путём, так и бесполым, при помощи спор (зооспор), имеющих жгутики.

Другим примером полового размножения могут служить бурые водоросли, такие как ламинария. У этого вида встречаются три способа полового размножения, такие как изогамия, геторогамия, оогамия.

Хлорелла – микроскопическая зелёная водоросль. Размножается исключительно бесполым путём, при помощи спор.

Красные водоросли (багрянки) размножаются двумя путями, один из которых половой. Отличительной чертой его является образование мужских гамет без жгутиков. При этом женские гаметы остаются на водоросли, а мужские переносятся к ним при помощи течения.

Систематика водорослей

В соответствии с современными представлениями зеленые и харовые водоросли, наряду с настоящими наземными растениями, образуют подцарство Зелёные растения (Viridiplantae), которое, в свою очередь, вместе с красными водорослями и глаукофитами (вместе образующими подцарство водорослей Biliphyta) формирует обособленную ветвь в филогенетическом дереве — царство Растения (Archaeplastidae, или Plantae).

К ветви Chromalvelolata, или царству Хромиста (Chromista), относится отдел Ochrophyta, в который входят бурые, желто-зеленые, золотистые, синуровые и некоторые другие классы водорослей. В особые отделы в пределах царства выделены диатомовые, криптофитовые и гаптофитовые водоросли. Среди нефотосинтезирующих организмов им родственны опалины, лабиринтулиды и оомицеты.

К царству Хромиста относятся также динофитовые водоросли, которые вместе с инфузориями, апикомплексами и колподеллидами включаются в отдел Альвеолят (Miozoa, или Alveolata). Отдел Эвгленовые (Euglenophyta), объединяемый многими исследователями в Excavata, относится к царству Простейшие (Protozoa) и включает эвгленовые водоросли, а также паразитические и свободноживущие жгутиконосцы, такие как кинетопластиды, диплонемиды и др.

Представители царства Хромисты. Автор: Элисон Р. Тейлор (Университет Северной Каролины Wilmington Microscopy Facility); профессор Гордон т. Тейлор, Stony Brook University; Keisotyo; Даниэль Vaulot, CNRS, Station Biologique de Roscoff; Шейн Андерсон; CC BY-SA 3.0

Хлорарахниофиты — единственные автотрофы среди группы Rhizaria (Корненожки). Это организмы, отличающиеся развитием обычно довольно длинных выростов — ложноножек. Родственными хлорарахниофитам гетеротрофными организмами являются церкомонады и филозные раковинные амебы (эуглифиды), некоторые солнечники и радиолярии, а также паразитические организмы — плазмодиофоры и гаплоспоридии. По другим представлениям, корненожки под названием Церкозоа (Cercozoa) относятся к царству Хромиста наравне с Bacillariophyta, Cryptophyta, Miozoa и Ochrophyta.

В систематическом отношении водоросли делятся на множество самостоятельных отделов, различающихся по окраске, зависящей от набора пигментов, по организации клетки и структуре талломов. Ниже приведена обобщенная систематика фотосинтезирующих организмов.

Царство Plantae (Archaeplastida) Подцарство Viridiplantae Отдел Chlorophyta — Зеленые водоросли Отдел Charophyta — Харовые водоросли Отдел Tracheophyta — Высшие растения Подцарство Biliphyta Отдел Glaucophyta — Глаукофитовые водоросли Отдел Rhodophyta — Красные водоросли Царство Chromista Отдел Ochrophyta Класс Chrysophyceae — Золотистые водоросли Класс Synurophyceae — Синуровые водоросли Класс Xanthophyceae — Желто-зеленые водоросли Класс Phaeophyceae — Бурые водоросли Класс Raphydophyceae — Рафидофитовые водоросли Класс Bolidophyceae — Болидофицеевые водоросли Класс Dictyochophyceae — Диктиохофицеевые водоросли Класс Pelagophyceae — Пелагофицеевые водоросли Класс Phaeothamniophyceae — Феотамниевые водоросли Отдел Bacillariophyta — Диатомовые водоросли Отдел Cryptophyta — Криптофитовые водоросли Отдел Haptophyta — Гаптофитовые водоросли Отдел Miozoa (Alveolata) Класс Dinophyceae — Динофлагелляты Отдел Cercozoa (Rhizaria) Класс Chlorarachniophyceae — Хлорарахниофиты Царство Protozoa Excavata Отдел Euglenophyta — Эвгленовые водоросли

Значение водорослей в природе

Водоросли – самые многочисленные и важные для всей планеты фотосинтезирующие организмы. Их распространение настолько широко, что встретить их можно не только в морях, океанах, реках, озёрах, но также и в малых водоёмах, в том числе искусственных, и даже лужах. Их можно наблюдать в виде небольших зеленоватых пятен на поверхности практически каждого водоёма. Значение водорослей в природе велико.

Помимо того что они выделяют достаточно большое количество кислорода, они служат местом обитания для многих водных животных, участвуют в формировании плодородного слоя почвы. Многие водоросли употребляются в пищу, а также служат основным источником в добыче особых пищевых компонентов. Также их используют для приготовления различных лекарств и косметических средств.

Водоросли — это уникальные по своему составу и способу размножения организмы. Сочетают они в себе нескольких видов размножения, а точнее: половой, бесполый и вегетативный. Это практически делает их бессмертными. Более того, этот вопрос очень занимательный, ведь не зря учителя биологии по всей стране добиваются от своих учеников ответа на вопрос: «Как размножаются водоросли? Опишите размножение водорослей.»

Отдел бурые водоросли

Отдел бурые водоросли

К отделу Бурые водоросли (Phaeophyta) принадлежит около 1500 видов. Это исключительно морские многоклеточные водоросли. Большинство из них прикрепляется к субстрату. Размеры колеблются от нескольких миллиметров до 60 м в длину. К бурым принадлежат наибольшие по размерам водоросли. Клетки имеют сильно ослизненную клеточную стенку, которая состоит из внутреннего целлюлозного слоя и внешнего пектинового, одно ядро, одну или много вакуолей, зернистые хлоропласты бурого цвета. Разные оттенки бурого цвета обусловлены тем, что кроме хлорофилла (а и с) есть бурые и желтые (фукоксантин, каротин, ксантофилл) пигменты. Особенно много фукоксантина. Основное запасное вещество – ламинарин, который откладывается в цитоплазме. Кроме того, запасают шестиатомный спирт маннит и жиры.

У большинства бурых водорослей таллом состоит из нескольких слоев клеток, которые делятся в трех взаимоперпендикулярных направлениях. В многоядерных слоевищах наблюдается специализация клеток с образованием тканей. Различают кору, состоящую из интенсивно окрашенных клеток с хлоропластами, и сердцевину – из бесцветных больших клеток одинакового размера. Сердцевина обеспечивает транспорт продуктов фотосинтеза и выполняет механическую функцию.

Размножаются половым и бесполым способами. Характерно чередование поколений с преобладанием спорофита. Вегетативное размножение происходит при помощи частей таллома. Бесполое – с помощью гаплоидных зооспор, которые прорастают в гаметофиты. На гаметофитах образуются половые органы. Половой процесс изогамный, гетерогамный и оогамный. Зигота без периода покоя прорастает в диплоидное растение – спорофит.

Представители бурых водорослей

Известнейшими представителями являются ламинария (морская капуста), фукус, цистозейра, макроцистис и др. Представителей бурых водорослей можно встретить, в частности, в Черном и Азовском морях.

Бурые водоросли используют для получения альгинатов (солей альгиновой кислоты, аналог желатина), которые используют в разных отраслях хозяйства. Из них вырабатывают клей для текстильного производства, проклеивания бумаги, скрепления цемента. Пленки из альгината натрия наносят на металлы, бетонные сооружения и т. п., чтобы защитить их от коррозии, разрушения, гниения. Альгинаты используют при изготовлении консервов, фруктовых соков, красителей.

Ламинария

Это известнейшая бурая водоросль. Крепится к поверхности субстрата разветвленными ризоидами. Имеет так называемый «черенок» и удлиненную пластинку. Гаметофит живет мало, основной жизненной формой является спорофит. В северных морях распространены два вида – сахарная и пальчатая. Они являются промышленными видами и используются для корма животным, изготовления разных продуктов питания и лекарственных препаратов (йод, маннит и т. п.). Маннит в медицине используют как заменитель крови при хирургических операциях.

Саргассум

Имеют вид небольших кустиков (0,5-2 м). Растут на дне мелководий морей, некоторые плавают у поверхности благодаря пузырькам, заполненным воздухом. Эта бурая водоросль на восток от Флориды и на юг от Бермудских островов благодаря круговому течению образует Саргассово море среди океана.