Бурые водоросли — строение и размножение, особенности и причины возникновения

Строение

Бурые водоросли являются представителями низших растений. Тело морского овоща принято называть талломом, или же слоевищем. Ткани и органы отсутствуют. Только у некоторых разновидностей наблюдается деление тела на органы. У этих растений ученые выделяют различные ткани. Многоклеточное слоевище держится на плаву при помощи воздушных пузырьков, расположенных в теле растения. Внутри таллома находятся сосудистые пучки. Они обеспечивают транспорт полезных веществ ко всем частям растения. Среди морских овощей есть рекордсмены – самые большие водоросли. Так, известны организмы, длина слоевища у которых превышает 10 м. Ламинария прикрепляется к различным поверхностям при помощи ризоидов, или же базальных дисков.

Существует несколько типов роста у водорослей. Либо растение увеличивает размеры за счет верхушки, либо у него делятся все клетки тела. У некоторых видов способностью к делению обладают только поверхностные клетки либо специальные зоны на теле. Оболочки клеток состоят из двух слоев: целлюлозного и студенистого. Именно студенистый слой включает в себя полезные вещества, такие, как углеводы, белки и соли. В клетках расположено ядро, дискообразные хлоропласты и вакуоли.

Места обитания

Красные и бурые водоросли чаще всего встречаются в соленых водоемах, а именно в морях и океанах. Произрастают они на глубине до 20 м. Отдельные разновидности могут вести жизнедеятельности на глубине 100 м. Как правило, растут они скоплениями, которые образуют подобие зарослей. В большинстве своем водоросли обитают в умеренных и приполярных широтах, но есть виды, которые встречаются в теплых водах. Очень редко эти растения произрастают в пресной воде. Представителей данного отдела относят к группе бентосных, или донных организмов.

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.

Типичные представители

Одним из известнейших представителей морских овощей является ламинария. Она знакома каждому человеку в качестве морской капусты. Это растение люди употребляют в пищу. У ламинарии есть цилиндрический стволик, или стебель. Его длина не превышает полуметра. От стебля отходят листовые пластины, размеры которых составляют по несколько метров.

На территории Тихоокеанского побережья Латинской Америки обитает макроцистис – гигантская бурая водоросль. Длина ее слоевища составляет от 50 до 60 метров, и это не предел. В северных морях можно наблюдать литораль. Это такая часть дна, которая обнажается при отливе. Именно здесь можно обнаружить заросли фукуса. В Южной Атлантике обитает саргассума, по внешнему виду напоминающая виноград. Только эта разновидность водорослей свободно плавает по водной поверхности. Все остальные виды прочно прикреплены ко дну.

Жизненные циклы бурых водорослей

У бурых водорослей встречается вегетативное (частями таллома), бесполое (зооспорами) и половое размножение. Жизненный цикл бурых водорослей представляет собой смену поколений спорофита — бесполого поколения и гаметофита — полового поколения. Эти поколения могут быть изоморфными — одинаковыми по размеру и форме или гетероморфными. Причём мейоспоры бурых водорослей всегда образуются в одногнёздных спороцистах, а гаметы, как правило, в многогнёздных гаметангиях.

Прогрессивным признаком этой группы организмов считается преобладание в их жизненном цикле диплоидного спорофита. Смену поколений представителей этого класса лучше рассмотреть на отдельных примерах. Большая их часть характеризуется изогамным половым процессом, значительно реже встречаются анизогамия и оогамия.

Эктокарпус (Ectocarpus)

Эктокарпус — это одна из самых простых бурых водорослей, для которой характерен изогамный половой процесс. Их кустовидные талломы состоят из разветвлённых нитей. По внешнему облику они напоминают зелёные водоросли из рода Кладофора, только бурого цвета. Жизненный цикл эктокарпуса состоит из чередования двух изоморфных поколений (спорофита и гаметофита). Оба поколения состоят из одномерных разветвлённых нитей, прикреплённых ризоидами к камням, раковинам моллюсков или к более крупным водорослям.

У диплоидных спорофитов некоторые терминальные клетки увеличиваются в размере и становятся спорангиями. Их ядра делятся многократно и образуется 32 или 64 зооспоры. Первое из делений мейотическое, поэтому зооспоры гаплоидны.

После временного свободного плавания зооспоры оседают и проростают в гаметофиты, почти идентичные спорофитам, но имеющие менее жёсткие и более разветвлённые нити. Основное отличие в том, что в основании их разветвлений находятся многоклеточные гаметангии одинакового внешнего вида, а не одноклеточные спорангии, как у спорофитов. Гаметы изогамны (морфологически одинаковы), но физиологически делящиеся на женские (-) и мужские (+), одни из них оседают и притягиваются за счёт разного заряда, другие предварительно вырабатывают половой гормон эктокарпен. После оплодотворения зигота вырастает в новый спорофит.

У некоторых эпифитных видов родов Ecto­carpus и Pylaiella гаметофиты и спорофиты встре­чаются не на тех же самых, а на разных водорослях, на которых они растут в качестве эпифитов (например, у Pylaiella litoralis — спорофит на Fuats, а гаметофит на Ascophyllum).

Фукус (Fucus)

Род бурых водорослей, имеющих более сложное строение и жизненный цикл. Обычно они встречаются на скалах в приливной зоне. Фукус характеризуется монобионтным жизненным циклом (их гаметофит почти полностью редуцирован) и оогамным половым процессом.

Их дихотомически разветвлённые крупные тела (до 2 м) обнажаются во время отлива и могут некоторое время находиться без воды. У них есть ткани: эпидермис и основная паренхима. Жилки ветвей снабжены уплотнениями, с большим количеством гидрофильных соединений.

По поверхности уплотнений разбросаны многочисленные отверстия, ведущие в небольшие полости — концептакулы, в которых между стерильными волосками (парафизами) расположены вместилища половых клеток (спер­могонии и оогонии). Отдельные клетки концептакул подвергаются мейозу, производя либо яйцеклетки (8 шт.), либо сперматозоиды (64 шт.). Во время отлива под воздействием воздуха концептакулы сжимаются и выдавливают половые клетки наружу.

Слияние гамет происходит во время прилива в воде. Яйцеклетки привлекают сперматозоиды при помощи феромона фукосерратена. Оплодотворённые яйцеклетки оседают и вырастают в новую диплоидную особь. У представителей этого рода нет свободноживущего гаплоидного поколения.

Нереоцистис Лютке (Nereocystis luetkeana)

Нереоцистис Лютке — вид рода Ламинария, крупная водоросль, длиной до 45 м, что больше многих деревьев. Но её толщина не превышает 5 см. Такая длинная водоросль должна иметь специализированные области в своём теле. Ризоиды и диски закрепления ламинарии находятся в глубокой, тёмной, плохо аэрируемой воде. А их верхние лопасти расположены в хорошо освещённой и богатой кислородом приповерхностной области океана.

Чтобы не пострадать от волновых воздействий, тела их должны быть твердыми, эластичными и толстыми — слишком толстыми для того, чтобы их можно было повредить. Поэтому они имеют меристодерму и трубчатые клетки. Воздушые пузыри (пневматоцисты) соединяются с лопастями при помощи интеркалярной (вставочной) меристемы, способной к длительному интенсивному росту. Однолетние фотосинтезирующие лопасти могут расти со скоростью до 6 см в сутки.

Вначале эти лопасти являются вегетативными, но затем становятся генеративными и при помощи мейотического деления производят гаплоидные зооспоры. В одних условиях спорангии образуются либо в виде отдельных пятен, либо по всей поверхности лопастей. Ламинарии имеют оогамный половой процесс и гетероморфный жизненный цикл, представленный на картинке ниже.

У Макроцистиса (Macrocystis) некоторые лопасти остаются вегетативными, а другие специализируются и формируют спорангии. Они производят до 75 000 спор на см2 репродуктивной поверхности. Споры растут в крошечные нитевидные гаметофиты, внешне напоминающие Эктокарпус.

У Laminaria спермогонии, как и оогонии, од­ноклеточные, с одним сперматозоидом и с одной яйцеклеткой. Род Ламинария имеет важное хозяйственное значение, его представители известны под названием «морская капуста». Она богата йодом и очень полезна. Они широко распространены в северных морях.

Громадные плавающие скопления видов саргассума, оторвавшиеся от дна и размножившиеся вегетативно, известны в западной части Атлантики, в Саргассовом море. Их используют для производства альгинатов. А в Юго-Восточной Азии некоторые виды саргассума употребляют в пищу.

Из бурых водорослей комбу делают приправу — глутамат натрия. Из других видов этого класса, так же как и из красных водорослей добывают желеобразное вещество под названием агар-агар — естественный заменитель желатина, применяемый для изготовления мармелада, зефира и др. Его также используют в качестве питательной среды для разведения бактерий в микробиологии.

Значение

Бурые водоросли формируют так называемые подводные леса. Они напоминают стену, выстроенную у побережья всех морей и океанов. Такие образования играют очень важную роль в жизнедеятельности многих морских обитателей, включая промысловую рыбу. В «лесах» из водорослей ищет пищу, скрывается от хищников и размножается большое количество организмов. После того, как жизненный цикл водоросли заканчивается, отмершие клетки растения, образующие детрит, служат пищей для планктона.

В оболочке клеток водорослей содержатся соли альгиновой кислоты. Их широко применяют в пищевой промышленности, при производстве соков, пастилы, мармеладов. Альгинаты используются в парфюмерии и медицине. С их помощью изготавливают мази, крема, пасты и гели. В химической промышленности эти вещества применяют при синтезе различных волокон, производстве клеев, красок и лаков. Кроме того, при помощи солей альгиновой кислоты улучшается качество печати. В некоторых случаях морские овощи служат индикаторами месторождений золота, так как данное вещество накапливается в клетках слоевища растений.

Значение бурых водорослей велико для человека, ведь эти растения можно использовать в качестве лекарственных препаратов. Они входят в состав мягких слабительных средств, а также препаратов для лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы. Водоросли являются незаменимым источником йода для людей, страдающих заболеваниями щитовидной железы. Интересен тот факт, что впервые йод был получен из морских овощей.

Диатомовые водоросли

Существует еще одна группа бурых водорослей. Эти растения относятся к отряду диатомовых водорослей. Они могут принимать форму колоний или существовать одноклеточно. Строение бурых водорослей довольно интересное. Их тело разделено на две половины: эпитек и гипотек. Они объединены в твердый панцирь, с помощью которого осуществляется обмен веществ. Панцирь имеет кремнеземную пропитку. Это означает, что его размеры фиксированы. Из-за неспособности панциря увеличиваться, новые поколения водорослей мельче своих предшественников. Размножаются растения делением.

Чаще всего диатомовые существуют в виде трубчатых колоний. Они принимают форму бурых кустов и разрастаются до 20 см в высоту. Бурые водоросли обитают в темных уголках, размещаясь близко к органике. Именно потому зачастую они селятся в аквариумах, занимая все свободное пространство.

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.

Причины возникновения

Диатомовые появляются в новых водоемах. Если вы нашли бурые вкрапления на стенках аквариума спустя одну – две недели после его приобретения, это нормально. Дело в том, что среда обитания еще не обжита: в воде содержится большое количество углерода и органики.

Если же водоросли поселились в старом аквариуме, стоит с ними бороться. Необходимо понять, в чем именно была допущена ошибка. Во-первых, аквариум может быть недостаточно освещен. Во-вторых, появлению диатомовых способствует повышенное содержание йода. В-третьих, подпитку бурые водоросли получают от песка на дне аквариума, а также от субстратов с кремнием. Необходимо решить вышеперечисленные проблемы, чтобы предотвратить разрастание водорослей.

Для борьбы с уже существующими паразитами необходимо специальным скребком удалить с поверхностей аквариума бурый налет. С растений водоросли можно убирать только руками, так как листья можно повредить различными приспособлениями. Следует тщательно промыть все камушки, ракушки и элементы декора, которые находятся в аквариуме. И – самое главное – заведите рыбок. Они питаются диатомовыми и быстро очищают аквариум от вредителей.