Для чего в некоторых водорослях образуются воздушные пузырьки
§ 11. Приспособление водорослей к среде обитания. Значение водорослей в природе и жизни человека
1. Какие приспособления к обитанию в воде имеются у водорослей.
Чтобы не высохнуть во время отлива оболочка клеток водорослей утолщается и насыщается неорганическими и органическими веществами. Водоросли крепко прикрепляются к поверхности, на которой обитают и не отрываются во время прибоя и ударов волн. У водорослей, обитающих на глубине более крупные хлоропласты с большим количеством хлорофилла и других пигментов, необходимых для фотосинтеза. У некоторых водорослей в теле есть воздушные пузыри, что позволяет им держаться вертикально или стремиться к поверхности, где больше света. С приливом у морских водорослей выходят споры и гаметы. Зигота развивается сразу, как образуется, и отлив ее не уносит в океан.
2. Многие водоросли обитают в приливно-отливной зоне. Почему во время отлива их не уносит в море?
Водоросли не уносятся отливом потому, что крепко держатся на поверхности грунта.
3. Почему многие морские водоросли обитают на глубине не более 200 метров, в то время как другие организмы живут намного глубже?
Очевидно, что строение водорослей не позволяет им существовать на большей глубине, а также отсутствие света для осуществления фотосинтеза.
4. Некоторые водоросли могут использоваться в замкнутых пространствах для регулирования газового состава воздуха. Как вы считаете, на каком свойстве водорослей это основано?
Газовый состав воздуха может регулироваться в замкнутых пространствах благодаря способности водорослей к фотосинтезу.
Волшебные пузырьки фукуса
На фото — фукус пузырчатый (Fucus vesiculosus) из рода фукусов. Представители этого рода бурых водорослей встречаются на литорали практически по всему миру, а фукус пузырчатый наиболее характерен для побережий Северного и Балтийского морей, а также Атлантического и Тихого океанов.
Литораль, или приливно-отливная зона, — это участок берега, который затопляется водой во время прилива и осушается во время отлива. Почему же именно фукус определяет облик каменистой литорали северных морей?
Для ответа на этот вопрос надо понять, какими свойствами должна обладать водоросль, адаптированная к жизни в условиях, когда высота уровня моря изменяется на несколько метров между приливами и отливами. Прежде всего, она должно быть достаточно прочной, чтобы тело водоросли (таллом, или слоевище) не разрушалось о камни во время прибоя. Приливно-отливные течения в северных морях сильные, и неприспособленные водоросли (такие как ламинария, распространенная в верхней сублиторали) на литорали будут истрепаны о каменистое дно за несколько суток. Во-вторых, ее ткани должны хорошо удерживать влагу, чтобы таллом не высыхал на ярком северном солнце в период отлива.
Благодаря плотному и прочному слоевищу фукус устойчив к разрушению и прекрасно переносит солнце. Фото © Canonfodder с сайта poleznenko.ru
Всё это у фукуса есть. Слоевище фукуса достаточно прочное и плотное. По водорослям, покрывающим камни, можно даже ходить во время отлива — им от этого ничего не будет. Также фукус отлично переносит солнце. Однако следствием такой адаптации является высокая плотность тканей. Если взять кусочек фукуса и кусочек ламинарии, то ламинария будет плавать, а фукус утонет. Но фукус, как и другие бурые водоросли, фотосинтезирует, то есть ему требуется солнечный свет. Если слоевище тяжелее воды, то оно лежит на дне и получает меньше солнечного света — как из-за поглощения солнечных лучей водой, так и в связи с тем, что другие, более адаптированные организмы, могут располагаться выше.
Цвет фотосинтезирующих водорослей зависит от места их обитания: зеленые встречаются на глубине до 6 метров, бурые — до 15 метров и красные — до 100 метров. Их разная окраска — следствие адаптации к фотосинтезу на разной глубине. Дело в том, что красная часть солнечного спектра сильно поглощается водой и поэтому проникает лишь в самые верхние слои воды (хлорофилл именно потому и видится зеленым, что поглощает дополнительную, красную, часть спектра). Желто-зеленая часть спектра проникает глубже, а синие и фиолетовые лучи — еще глубже.
Спектральное распределение и ослабление светового потока на разных глубинах. Видно, что с ростом глубины остается только сине-фиолетовая часть спектра
В хлоропластах водорослей содержатся пигменты, участвующие в поглощении солнечного света. Фукоксантин (пигмент бурых водорослей) хорошо поглощает желто-зеленые лучи, поэтому бурые водоросли могут жить глубже, чем зеленые. У красных водорослей в хлоропластах присутствует фикоэритрин, который хорошо поглощает синие лучи. Соответственно такие водоросли могут жить еще глубже.
Как же фукус справляется с этой проблемой? У фукуса пузырчатого, как и у многих других видов фукусов, есть еще одна особенность, которая решает дело в его пользу. Это пузырьки, или пневматофоры, — крупные воздухоносные полости в талломе водоросли. Они придают фукусу положительную плавучесть, и он удерживается в воде в вертикальном положении.
Эти пузырьки, или пневматофоры, удерживают фукус у поверхности воды, благодаря чему водоросль получает максимум солнечного света
Таким образом, фукус, с одной стороны, имеет прочный таллом и выдерживает суровые условия жизни в прибое, а с другой стороны, во время прилива находится максимально близко к поверхности воды и получает максимум солнечного света. Именно поэтому большинство остальных крупных водорослей просто не могут конкурировать с ним на литорали.
Строение водорослей
Современная биология не считает дифференциацию тканей определяющим различием, сейчас существенным считают фундаментальные различия в строение клеток, обмене веществ. Тем не менее, во многих устаревших пособиях этот термин используется, и я обязан предупредить вас о нем.
Наука о водорослях называется альгология (от лат. alga — морская трава, водоросль и греч. λόγος — учение).
Среди водорослей есть одноклеточные и многоклеточные, некоторые водоросли достигают в длину 100-200 метров. Способ питания водорослей автотрофный: они синтезируют органические вещества в процессе фотосинтеза. Солнечный свет, проходя через толщу воды, рассеивается, что делает фотосинтез с увеличением глубины все труднее и труднее. Поэтому кроме хлорофилла они часто имеют и другие пигменты.
Жизненный цикл водорослей
Жизненные циклы водорослей разнообразны, обусловлены рядом экологических факторов. Мы разберем жизненный цикл на примере зеленой водоросли ульвы (морского салата).
Для начала отметим, что в целом жизненный цикл водорослей представляет собой чередование двух фаз: гаплоидной (гаметофита) и диплоидной (спорофита). Гаплоидной фазой называется фаза, при которой клеточные ядра содержат непарный (половинный) набор хромосом. К гаплоидной фазе всегда принадлежат гаметы: сперматозоиды, спермии (отличающиеся от сперматозоидов отсутствием жгутика), яйцеклетки.
При слиянии двух гамет: яйцеклетки (n) и спермия (n) образуется зигота (2n) из которой развивается спорофит (2n), таким образом, в спорофите восстанавливается диплоидный набор хромосом. В зооспорангии на спорофите в результате мейоза образуются зооспоры (n), которые делятся митозом, порастают и образуют мужские и женские гаметофиты (n). Клетки гаметофитов делятся митозом, образуются гаметы (n), которые сливаются в зиготу (2n), цикл замыкается.
Типы половых процессов
Значение водорослей
В Мировом океане водоросли составляют основную часть биомассы. Именно они являются главными продуцентами (производителями) органического вещества, преобразуя в ходе фотосинтеза энергию солнечного света в энергию химических связей. Значение водорослей для человека трудно переоценить: содержащиеся в них вещества необходимы для нормального роста и развития животных и человека (к примеру, морская капуста (ламинария) отличается большим содержанием йода.)
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Для чего в некоторых водорослях образуются воздушные пузырьки
Водоросли являются наиболее древней группой растений. Они прошли длительный эволюционный путь, приспосабливаясь к различным сменявшимся условиям на Земле.
Водоросли относятся к низшим растениям, так как не имеют тканей и органов. Тело водорослей называется талломом, или слоевищем. У некоторых водорослей есть ризоиды — нитевидные выросты, в основном предназначенные для прикрепления к субстрату. Могут выполнять функцию всасывания воды и минеральных веществ.
Обитая в водной среде, они поглощают питательные вещества всей поверхностью. Вода поглощает и рассеивает свет, поэтому по мере погружения освещенность падает. Волны красной части спектра практически не проникают на глубину свыше 12 м. А именно в этой области спектра «работает» хлорофилл. Поэтому для лучшего обеспечения фотосинтеза у многих групп водорослей появились дополнительные пигменты, поглощающие свет в синей области спектра. Для каждого отдела водорослей характерен свой набор пигментов, что отражается в их названиях.
отдел зеленые водоросли
Зеленые водоросли не имеют дополнительных пигментов, поэтому их окраску определяет хлорофилл. Именно эта группа водорослей дала начало высшим растениям. Они широко распространены в пресных и морских водах, встречаются также на суше в увлажненных местах: в почве, на коре деревьев, на камнях. Размеры их варьируют от нескольких микрометров до метров. Они представлены различными жизненными формами: одноклеточными, колониальными, нитчатыми и многоклеточными. Представителями одноклеточных водорослей являются хламидомонада и хлорелла.
СТРОЕНИЕ ХЛАМИДОМОНАДЫ
Хламидомонада представляет собой округлую клетку, вытянутую с переднего конца (рис. 1). На этом конце находится пара жгутиков, за счет которых она довольно быстро передвигается. Снаружи клетка покрыта клеточной стенкой. В центре клетки находится гаплоидное ядро (содержит одинарный набор хромосом — n). Единственная крупная пластида, называемая хроматофор, имеет чашевидную форму и располагается по периферии клетки, делая всю ее окрашенной. В клетке имеется обычный набор эукариотических органелл. Кроме того, на переднем конце располагается пара сократительных вакуолей, выводящих из клетки избыток воды.
В условиях неравномерного освещения хламидомонада всегда плывет на свет. Это явление называется положительным фототаксисом. Для его осуществления у хламидомонады есть специальный органоид, видимый как маленькая красная точка в основании жгутиков. Он называется стигма, или глазок.
РАЗМНОЖЕНИЕ И ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ХЛАМИДОМОНАДЫ
Жизненный цикл хламидомонады идет с чередованием гаплоидной и диплоидной форм (рис. 2). В благоприятных условиях хламидомонада быстро размножается бесполым путем. Достигнув определенных размеров, клетка отбрасывает жгуты и округляется. Происходит, в зависимости от вида, 1, 2 или 3 митотических деления ядра. Под оболочкой материнской клетки образуется 2, 4 или 8 мелких клеток, имеющих пару жгутиков. Оболочка материнской клетки разрывается, и мелкие клетки, называемые зооспорами, выходят в среду. Они растут и превращаются во взрослых хламидомонад.
Рис. 2. Жизненный цикл хламидомонады
В неблагоприятных условиях у хламидомонады начинается половой процесс. Внутри родительских клеток формируются подвижные гаметы, которые выходят в воду. Гаметы, происходящие из разных родительских клеток, соединяются попарно и образуют зиготу. Она покрывается плотной оболочкой и превращается в зигоцисту, способную переживать неблагоприятные условия. При наступлении благоприятных условий в зигоцисте происходит мейоз, и из нее выходят 4 зооспоры, вырастающие во взрослую хламидомонаду.
ХЛОРЕЛЛА
В отличие от хламидомонады, хлорелла не имеет жгутиков и удерживается в верхних слоях воды за счет низкой плотности. Выглядит она как зеленая муть в воде — вода «цветет» (рис. 3).
Размножается она только бесполым путем (рис. 4), а неблагоприятные условия переживает в форме цисты, в которые превращаются обычные клетки. Для хлореллы характерна высокая скорость фотосинтеза, она богата белками и липидами, благодаря чему ее выращивают на корм скоту и применяют для регенерации кислорода в космических аппаратах.
Представителями нитчатых зеленых водорослей являются улотрикс и спирогира.
УЛОТРИКС
Улотрикс растет в прикрепленном состоянии (рис. 5). Нижняя клетка нити, называемая прикрепительной (ризоидальной) клеткой, плотно врастает в поверхность какого-либо подводного предмета, образует толстую клеточную стенку, ее цитоплазма отмирает. Остальные клетки имеют одинаковое строение и способны к делению и фотосинтезу. За счет их деления водоросль растет в длину.
Улотрикс размножается половым и бесполым путем (рис. 6).
Бесполое размножение улотрикса осуществляется с помощью подвижных 4-жгутиковых зооспор. Они образуются путем митотического деления из клеток средней части нити. Прикрепившись к какой-нибудь поверхности, они сбрасывают жгуты и делятся митозом в плоскости, параллельной поверхности. Нижняя клетка превращается в прикрепительную, а верхняя продолжает делиться, образуя нить. Нити улотрикса могут размножаться фрагментацией.
В неблагоприятных условиях улотрикс размножается половым путем. В клетках нити формируются подвижные гаметы. Они, соединяясь попарно, образуют зиготу, которая превращается с зигоцисту, переживающую неблагоприятные условия. В благоприятных условиях в ней происходит мейоз, и образовавшиеся гаплоидные клетки дают начало новым нитям улотрикса.
СПИРОГИРА
Спирогира представляет собой длинные плавающие в толще воды нити, состоящие из крупных клеток (рис. 7). Центр клетки занимает крупная центральная вакуоль, цитоплазма находится в пристенном слое и пронизывает вакуоль отдельными тяжами. Особенность спирогиры: один или несколько лентовидных хроматофоров, закрученных в спираль, и гаплоидное ядро.
Нить растет за счет деления всех клеток.
При фрагментации нити каждый ее кусочек может дать начало новой нити. Так происходит вегетативное размножение спирогиры. Часто в водоемах спирогира образует густые сплетения, похожие на зеленую вату.
Половой процесс — конъюгация — у спирогиры происходит между обычными клетками двух разных нитей (рис. 8).
При сближении нитей между ними образуется конъюгационная трубка. Содержимое одной клетки, принадлежащей к «+»-нити, перетекает в другую, принадлежащую «–»-нити.
Происходит слияние клеток, а затем и ядер. Формируется диплоидная зигота, которая окружается плотной оболочкой — образуется зигоспора. Зигота делится мейозом, образуя 4 гаплоидные клетки.
В дальнейшем 3 из 4 клеток погибают. Оставшаяся прорастает в гаплоидную нить спирогиры.
СИФОНОВЫЕ ВОДОРОСЛИ
Одной из самых древних групп зеленых водорослей являются сифоновые водоросли. У них таллом образован, как правило, одной гигантской клеткой. В цитоплазме кроме одного или нескольких ядер содержится также один или несколько хлоропластов. Многочисленные хлоропласты обладают дисковидной или веретеновидной формой; когда хлоропласт один, он имеет сетчатое строение. Примерами таких водорослей являются каулерпа (рис. 9) и ацетабулярия (рис. 10).
АЦЕТАБУЛЯРИЯ
Нижняя часть одноклеточного слоевища (ризоид) находится в грунте. В ризоиде расположено ядро. Вверх растет ножка, достигающая в длину нескольких сантиметров. На ее конце формируется шляпка. Для размножения по периферии шляпки образуются споры, из которых вырастают новые растения.
отдел Бурые водоросли
С помощью дополнительных пигментов они могут осуществлять фотосинтез на глубине до 30 метров. Они встречаются только в морях и представляют собой крупные растения (до 30 метров в длину), состоящие из диплоидных клеток. Таллом образует ризоиды для прикрепления к субстрату (рис. 11). Многие из них растут в приливно-отливной зоне ( литорале) и во время отлива оказываются на суше. Для защиты от высыхания бурые водоросли образуют много слизистых веществ. Представителями бурых водорослей является фукус (рис. 12) и ламинария (рис. 13). Таллом фукуса содержит многочисленные пузырьки воздуха для увеличения плавучести.
Рис. 11 Рис. 12 Рис. 13
В жизненном цикле бурых водорослей наблюдается чередования гаплоидного гаметофита и диплоидного спорофита с преобладанием спорофита.
Размножаются бурые водоросли половым и бесполым путем. Диплоидные растения посредством мейоза образуют гаплоидные клетки. У одних (род фукус) они становятся гаметами, при слиянии которых образуется зигота, дающая начало новому растению. У большинства же продуктами мейоза являются споры, которые дают начало гаплоидной стадии (рис. 14).
Рис. 14. Жизненный цикл ламинарии
Гаплоидная стадия представляет собой мелкие нитевидные образования, которые недолго живут на дне моря. Они раздельнополы. На них формируются многоклеточные (!) половые органы, в которых образуются гаметы: яйцеклетки и сперматозоиды. Они, сливаясь, образуют зиготу, из которой вырастают крупные диплоидные растения.
Отдел красные водоросли (багрянки)
На глубинах более 30 метров света не хватает и для бурых водорослей. Там обитают красные водоросли, пигменты которых способны использовать синий свет. Основные пигменты: хлорофилл, каротиноиды (желто-оранжевые), фикобилины (красно-синие). Встречаются они и на более мелких участках дна, вплоть до границы воды и суши. В основном это морские растения средних размеров (десятки сантиметров в длину), но среди них есть и обитатели пресных вод, и одноклеточные представители. Представители: порфира (рис. 15) и филлофора (рис. 16).
В пресных водоемах (ручьях и болотах) распространен батрахоспермум ( «жабья икра») в виде разветвленных сине-зеленых кустиков, окутанных бесцветной студенистой слизью, придающей ему отдаленное сходство с икрой лягушек или жаб (рис. 17).
У красных водорослей в жизненном цикле одинаково представлены гаплоидная и диплоидная стадии, часто они образуют единый таллом. Полностью отсутствуют жгутиковые стадии жизненного цикла.
Многие виды красных водорослей употребляются в пищу, используются для получения агар-агара и медицинских препаратов.
Презентация по биологии на тему «Водоросли»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Описание презентации по отдельным слайдам:
Водоросли Подготовка к ЕНТ Санникова Е.Г. учитель биологии ГУ СОШ № 5 Г. Павлодар 2011 г.
Общая характеристика Водоросли – низшие растения. У них отсутствуют ткани и органы. Могут быть одноклеточными, многоклеточными и колониальными организмами. Тело многоклеточных водорослей называется талломом. Обитают в водной среде, некоторые могут обитать в почве, стволах деревьев. Водоросли размножаются вегетативным, половым и бесполым способами. Наука о водорослях называется – альгологией.
Род одноклеточных зеленых водорослей. Передвигается при помощи жгутиков. Строение хламидомонады: 1. Жгутики 2. Вакуоли 3. Клеточная стенка 4. Глазок 5. Ядро 6. Пиреноид Одноклеточные водоросли. Хламидомонада Обычно каждая клетка-водоросль содержит две вакуоли, один крупный хлоропласт с пиреноидом в его нижней части, а также красное пигментное тельце, называемое глазком. Глазок реагирует на свет, и хламидомонада с помощью биения жгутиков движется по направлению к свету — это называется положительным фототаксисом. Хроматофор (хлоропласт) представлен в виде чаши, занимающей большую часть клетки, в нём откладывается крахмал.
При благоприятных условиях размножается бесполым способом. Образуются зооспоры со жгутиками. При неблагоприятных условиях размножается половым способом. Образуются половые клетки гаметы, которые сливаются попарно и образуют зиготу. Размножение хламидомонады Бесполое размножение Половое размножение
Относительная лёгкость поддержания клеточной культуры хламидомонад в лабораторных условиях стала причиной их использования для изучения генетики образования жгутиков и динамики хлоропластов, а также других задач. Род включает несколько сотен видов, преимущественно пресноводных. Использование хламидомонады
Одноклеточные водоросли. Хлорелла Хлорелла, род микроскопических одноклеточных зелёных водорослей из Класса протококковых. Клетки шаровидные или эллипсоидные, содержащие один пристенный хлоропласт с пиреноидом или без него и одно ядро; запасные продукты — крахмал и масло. Без жгутиков. Нет красного глазка. Размножается только бесполым способом с образованием спор.
Объект массового культивирования в качестве возможного источника пищи и корма, для биологической очистки сточных вод, регенерации воздуха в замкнутых экосистемах (на космических кораблях, подводных лодках). Распространены повсеместно. Использование хлореллы
Нитчатые зеленые водоросли. Улотрикс При благоприятных условиях размножается бесполым способом. При неблагоприятных – половым способом. Обитает в морских и пресных водах, образуя на подводных предметах тину зелёного цвета. Нитчатый тип дифференциации таллома. Хлоропласт постенный в виде пояска, замкнутого или незамкнутого.
Нитчатые зеленые водоросли. Спирогира Обитает в морских и пресных водах, зелёного цвета. Нитчатый тип дифференциации таллома. Хлоропласт в виде спирально закрученных лент
Верхний ряд: слева направо: фукус, постелсия пальмовидная, макроцистис, саргассум. Нижний ряд: слева направо: ламинария, аналипус японский, пельвеция пучковатая, цистозейра Многообразие бурых водорослей
Бурые водоросли Отдел бурые водоросли, возможно, самый совершенный среди водорослей, включает в себя 1500 видов (3 класса), большинство из которых – морские организмы. Отдельные экземпляры бурых водорослей могут достигать в длину 100 м; они образуют настоящие заросли, например, в Саргассовом море. Многоклеточные слоевища своей характерной бурой окраской (от оливково-зелёной до тёмно-бурой) обязаны пигменту фукоксантину, который поглощает большое количество синих лучей, проникающих на большую глубину. Таллом выделяет много слизи, заполняющей внутренние полости; это препятствует потере воды. Ризоиды либо базальный диск настолько плотно прикрепляют водоросль к грунту, что оторвать её от субстрата чрезвычайно сложно. У многих представителей бурых водорослей имеются специальные воздушные пузыри, позволяющие плавающим формам удерживать слоевище на поверхности, а прикреплённым (например, фукусу) – занимать вертикальное положение в толще воды.
Ламинария (морская капуста) — род из класса бурых морских водорослей. Многие виды ламинарии употребляются в пищу. Строение таллома Слоевище в виде пластинки, ровной или морщинистой, цельной или рассечённой, без отверстий, длиной от нескольких десятков сантиметров до 20 м. Стволик – 50 см., неразветвлённый, прикрепляется ризоидами или дисковидной подошвой. Обитание Растут ламинарии, образуя густые заросли в местах с постоянным течением, образуя «пояс ламинарий» на определенной глубине вдоль берегов. Большие подводные «водорослевые леса» образуются обычно на глубине 4-10 м. На каменистом грунте ламинарии в некоторых районах встречаются до глубины 35 м. Бурые водоросли
Значение ламинарии. С незапамятных времён она используется в питании тех людей, кто живет рядом с морем. Также её использовали и как удобрение. Ламинария богата йодом, который содержит в органической форме, что влияет на её усвоение организмом человека. Употребление в пищу ламинарии рекомендуется для профилактики эндемического зоба.
Верхний ряд, слева направо: ирландский мох, эндокладия колючая, порфира ланцетолистная, гелидиум. Нижний ряд, слева направо: пальмария обманчивая, гигартина, филлофора, полиневра Многообразие красных водорослей
Верхний ряд: слева направо: хламидомонада, хлорелла, микрастериас, сценедесмус двуформенный, вольвокс. Нижний ряд: слева направо: спирогира, улотрикс, ульва, каулерпа, кладофора Многообразие зелёных водорослей
Значение водорослей В природе: Поглощение углекислого газа Выделение кислорода Источник питания Место обитания животных и рыб Панцири диатомовых – источник диатомитов. Для человека: Продукты питания Источник агар-агара Косметология Медицина Источник йода и минеральных веществ Удобрения Источник калийных солей Корм для скота Биологическая очистка сточных вод