Глава 1. Водорості

Термін "водорості" легко розшифровується. Це організми, що ростуть у воді. При вивченні рослин водойм, перш за все, на очі потрапляють очерет, комиш, рогіз, які ростуть біля берега і частково занурені у воду. Трохи віддалік можна знайти рослини, які плавають на поверхні води, наприклад, латаття біле, глечики жовті. Часто вся поверхня водойм буває затягнута дрібною ряскою. Нарешті частина рослин повністю занурена у воду – елодея, рдесник, кушир. Всі ці рослини насінні або квіткові. У водоймах можна зустріти і представників вищих спорових. Наприклад, мох фонтіналіс, що часто росте в акваріумах. На поверхні води плаває папороть сальвінія. Але до цих рослин термін “водорості” застосувати не можна. Їх називають просто водними рослинами. Самих же водоростей часто ми не помічаємо. До них відносяться зелені скупчення баговиння, різноман­ітні синьо - зелені та зелені плівки, ватоподібні нарости на підводному камінні, стовбурах. Частина водоростей росте на суходолі: на поверхні грунту і в самій його товщі, на деревах, каміннях, тощо. Що ж об`єднує всі ці рослини? Перш за все, це відсутність справжніх коренів та пагонів. Їх тіло називається сланню або таломом. Тому у царстві рослин водорості відносять до нижчих рослин. Як і всі нижчі рослини водорості розмножуються нестатево та статево. Водорості живляться автотрофно. Таким чином, таломна будова, автотрофний тип живлення та умови існування об`єднує всі ці рослини в групу водоростей. Їх поділяють на 9 відділів, назви яких, в основному, відповідають їх забарвленню. Перелічимо ці відділи: 1) Пірофітові; 2) Золотисті; 3) Діатомові; 4) Жовто - зелені; 5) Бурі; 6) Червоні; 7) Евгленові; 8) Зелені; 9) Харові.

Розглянемо біологічні особливості цих рослин на прикладі одноклітинних мікроскопічних та багатоклітинних організмів, що є звичними мешканцями наших водойм.

1.1. Одноклітинні водорості

Зачерпнувши води з літньої калюжки та розглянувши її під мікроскопом, ми неодмінно виявимо одноклітинні організ- ми зеленого кольору. Частіше всього можна зустріти хламідомонаду, хлорелу, евглену зелену. Наприклад, хламідомонада немов би зовсім не схожа на рослину. Вона активно пересувається за допомогою двох джгутиків (рис.1).

Рис.1. Схема будови одноклітинної водорості хламідомонади

Таке пересування відбувається немов би "вгвинчуванням" у воду за допомогою обертальних рухів двох джгутиків. Клітинна оболонка утворює навколо клітинної мембрани каркас, що забезпечує клітині постійну форму. Це необхідно при рухові для більш успішного подолання опору води. В основі джгутиків розташовані дві пульсуючі або скоротливі вакуолі (звідси і назва - "скоротливі"). Функція цих вакуолей - регулювати кількість води в цитоплазмі. Ближче до переднього кінця клітини розташоване світлочутливе червоне вічко - стигма. Вважають, що наявність стигми забезпечує постійний рух до світла, яке необхідне для фотосинтезу. Пластиди, в яких відбувається фотосинтез, в клітині хламідомонади представлені хлоропластом, які ще у водоростей носять назву хроматофору. Він містить хлорофіл і має чашовидну форму. Ядро можна побачити тільки на спеціально забарвленому препараті, тому що в живій клітині хлоропласт його закриває. Частина органічних речовин, що утворилася в процесі фотосинтезу, відкладається про запас у вигляді крох- мальних зерен. Крохмаль відкладається навколо спеціальних білкових тілець, які називаються піреноїдами.

Тепер розглянемо яким чином забез- печується метаболізм у одноклітинних водоростей? Утворення поживних речовин на світлі здійснюється в зелених пластидах - хлоропластах. Необхідні для фотосинтезу речовини - СО₂, Н₂О – надходять через клітинну мембрану дифузно (від лат. diffusio – розлиття, тобто повільне проникнення однієї речовини – газу або рідини – в іншу при їх стиканні або через перегородку). Розподіл також протікає, в основному, дифузно. Для дихання використовується кисень, а СО₂, що при цьому утворюється, також дифузно виводиться з клітини або іде на фотосинтез. Рештки води разом з іншими метаболітами видаляється через скоротливі вакуолі. Регуляція процесів життєдіяльності здійснюється біологічно активними речовинами - гормонами. Таку регуляцію називають хімічною, або гуморальною (від лат. humor – волога). Активне пересування забезпечують клітинна оболонка та джгутики.

Цікавий у одноклітинних водоростей процес розмноження. Він може протікати двома способами. Більш простим – шляхом поділу клітини навпіл. Таке размноження називається вегетативним. В інших випадках в клітинах водоростей цитоплазма може ділитися на частини і утворені таким чином клітини виходять з материнської клітини. Таке розмноження називається нестатевим. Вегетативне та нестатеве розмноження забезпечують постійну чисельність організмів, навіть незважаючи на великі втрати, оскільки водоростями живляться багато тварин. Але необхідно відмітити і недоліки такого розмноження. При простому поділі навпіл нові клітини, а їх називають дочірніми, точно наслідують ознаки материнської. Таким чином, кожне нестатеве покоління мало в чому змінюється. Отже, при зміні умов існування ймовірність загибелі велика, тому що при малій мінливості на виникнення пристосування потрібно багато часу. Значно збільшує мінливість у одноклітинних організмів статеве розмноження. Найбільш суттєвим в ньому є перекомбінація ознак двох батьківських організмів. Це різко збільшує можливості для вироблення пристосувань при зміні умов середовища. Але статевий процес проходить набагато складніше. Для цього необхідно утворити спеціальні статеві клітини – гамети. У різних видів водоростей статеве розмноження відбувається по-різному. У одних дві гамети однакові за розмірами та рухливі і тоді такий процес запліднення носить назву ізогамії (від грецьк. isos – рівний, однаковий + gameo - втупаю до шлюбу), у інших гамети рухливі, але різні за розмірами – гетерогамія (грецьк. heteros - інший), а в третіх більша гамета нерухлива (жіноча), а менша залишається рухливою (чоловіча) – овогамія (від лат. ovum - яйце). Гамети попарно зливаються. Таке злиття гамет називається заплідненням. В результаті запліднення в усіх випадках утворюється зигота. Після певного періоду спокою і редукційного поділу (це поняття розглядається в наступній главі) зигота проростає в нові організми.

При такому розмноженні, в результаті взаємодії спадковостей двох батьківських організмів, потомство має значно більше можливостей для добору при формуванні нових пристосувань.

У хламідомонади розмноження від- бувається нестатево і статево (рис.2). За сприятливих умов ці організми розмножується нестатевим способом, багаторазово ділячись. При настанні осінніх холодів хламідомонади переходять на статеве розмноження.

Виключне значення цього явища полягає в стому, що цим простим рослинним організмам вдається підтримувати велику швидкість розмноження (через нестатевий процес) і періодично підсилювати мінливість (через статевий процес). Таке пристосування в розмноженні дало можливість цим водоростям вижити в нелегкій боротьбі за існування протягом всієї еволюції живого.

Крім хламідомонади, за допомогою мікроскопа (при великому збіль­шенні) можна побачити й інші одноклітинні водорості. Однією із най­поширеніших є хлорела. Вона нерухлива, не має стигми, скоротливої вакуолі, джгутиків і тому вільно переноситься течією води. Хлорела може жити в солоній воді морів, у вологих грунтах, на корі дерев. В іншому її будова схожа з будовою хламідомонади. Розмноження у хлорели лише нестатеве і здійснюється за допомогою нерухливих спор. У її клітинах накопичується багато запасних речовин, зокрема до 50% повноцінних білків, жирів, вітамінів В, С і К, антибіотиків. Цим водоростям віщува­ли велике майбутнє. Проводилися експерименти з використанням хло­рели в космічних подорожах для одночасного отримання і кисню, і їжі. А деякі господарства застосовували технологію вирощування хлорели у великих басейнах для виробництва корму тваринам. Але подальшими дослідженнями було доведено, що органічні речовини хлорели важко перетравлюються. Сьогодні хлорелу більше використовують для очи­щення стічних вод підприємств, особливо на цукрових заводах.

Рис.2. Розмноження хламідомонади

У наших акваріумах ця водорість також обовязково присутня. Якщо освітлювати акваріум, то через декілька днів вода почне зеленіти. Це активно розмножується хлорела та інші водорості, що приносить до­сить багато неприємностей акваріумістам.

Звичайним мешканцем весняних калюж є евглена зелена з відділу Ев­гленові водорості. Вона цікава тим, що на світлі може живитися авто­трофно, а в темряві – гетеротрофно. Тобто, виявляє себе або як рослина, або як тварина, тому ми докладніше розглянемо евглену зелену, ви­вчаючи тваринні організми.

Здійснивши невелику мандрівку до світу одноклітинних рослинних ор­ганізмів, ми встановили, що їм притаманні певні особливості. Вони зде­більшого мають джгутики, які забезпечують активне пересування, а також стигму, що визначає напрямок руху до світла. Частина процесів обміну ре­човин перебігає завдяки дифузії. Дуже складно відбувається розмноження.