Основные признаки водорослей как низших растений

Содержание
  1. Основные признаки водорослей как низших растений
  2. Типы морфологической дифференциации слоевища водорослей
  3. Отдел сине-зеленые водоросли (Cyanophyta)
  4. Класс Хроококковые (Chroococcophyceae)
  5. Класс Хамесифоновые (Chamaesiphonophyceae)
  6. Класс Гормогониевые (Hormogoniophyceae)
  7. Порядок Осциллаториевые (Oscillatoriales)
  8. Порядок Ностоковые (Nostocales)
  9. Порядок стигонемовые (Stigonematales).
  10. Распространение и экология сине-зеленых водорослей
  11. Отдел Красные водоросли (Rhodophyta)
  12. Класс бангиевые (Bangiophyceae)
  13. Класс флоридеи (Florideophyceae)
  14. Отдел Зеленые водоросли (Chlorophyta)
  15. Класс вольвоксовые (Volvocophyceae)
  16. Класс протококковые (Protococcophyceae)
  17. Класс улотриксовые (Ulotrichophyceae)
  18. Класс конъюгаты (сцеплянки) (Conjugatophyceae)
  19. Класс сифоновые (Siphonophyceae)
  20. Отдел золотистые водоросли (Chrysophyta)
  21. Отдел включает пять классов:
  22. Отдел Диатомовые водоросли (Bacillariophyta)
  23. Класс центрические диатомеи (Centrophyceae)
  24. Класс пеннатные диатомеи (Pennatophyceae)
  25. Отдел желтозеленые водоросли (Xantophyta)
  26. Отдел бурые водоросли (Phaeophyta)
  27. Класс фэозооспоровые (Phaeozoosporophyceae)
  28. Класс циклоспоровые (Cyclosporophyceae)
  29. Отдел пирофитовые (Pyrrophyta)
  30. Отдел Эвгленовые (Euglenophyta)
  31. Отдел Харовые (Charophyta)
  32. Роль водорослей в биосфере
  33. Основные признаки, характерные для водорослей. Особенности и значение водорослей
  34. Что такое водоросли?
  35. Основные признаки
  36. Среда обитания
  37. Биологическое значение
  38. Водоросли: общая характеристика. Зелёные водоросли
  39. Общая характеристика водорослей
  40. Систематика водорослей
  41. Водоросли — современные свидетели эволюции эукариотической клетки
  42. Отдел Зеленые водоросли
  43. Жизненные циклы зеленых водорослей
  44. Одноклеточные зелёные водоросли
  45. Подвижные колониальные виды
  46. Нитевидные многоклеточные зелёные водоросли
  47. Пластинчатые виды
  48. Ценоцитарные виды

Основные признаки водорослей как низших растений

В современной систематике выделяют десять отделов водорослей:

Типы морфологической дифференциации слоевища водорослей

Отдел сине-зеленые водоросли (Cyanophyta)

Отдел сине-зеленых водорослей насчитывает три класса: хроококковые (Chroococcophyceae), хамесифоновые (Chamaesiphonophyceae) и гормогониевые (Hormogoniophyceae).

Класс Хроококковые (Chroococcophyceae)

Это колониальные, реже одноклеточные формы. Размножаются простым делением клетки. Многие хроококковые образуют колонии, когда клетки после деления не расходятся, а остаются погруженными в общую слизь. Колонии могут нарастать в разных направлениях.

Класс Хамесифоновые (Chamaesiphonophyceae)

Это эпифитные одноклеточные водоросли, клетки которых дифференцированы на вершину и основание (основанием они прикрепляются к субстрату), а также нитчатые формы из изолированных толстостенных клеток. Размножаются с помощью эндоспор (виды рода Dermocarpa, Pascherinema) и экзоспор (Chamaesiphon). Эндоспоры образуются делением протопласта материнской клетки в трех-четырех направлениях, а затем дочерние клетки выходят наружу через разрыв клеточной стенки. Экзоспоры образуются путем отшнуровывания от материнской клеточной стенки пузырьков с клеточным содержимым.

Класс Гормогониевые (Hormogoniophyceae)

Порядок Осциллаториевые (Oscillatoriales)

Нитчатые гомоцитные водоросли. Основной представитель род осциллатория (Oscillatoria), виды которого часто образуют зеленую пленку на влажной земле и подводных предметах. Длинные нити осциллатории сложены из цилиндрических клеток. Рост происходит в результате поперечных делений клеток. Размножаются гормогониями.

Порядок Ностоковые (Nostocales)

В порядок объединены гормогониевые водоросли с гетероцитными (разноклеточным) неразветвленными нитями и нитями с ложным ветвлением. Основные представители: род анабена (Anabaena) с одиночными или собранными в неправильные скопления нитями; афанизоменон (Aphanizomenon), нити которого собраны в пучки или чешуйки; носток (Nostoc), образующий слизистые или студенистые колонии; калотрикс (Calothrix); ривулярия (Rivularia); глеотрихия (Gloeotrichia) и др.

Порядок стигонемовые (Stigonematales).

Это нитчатые водоросли с настоящим ветвлением.

Основные представители рода стигонема (Stigonema) и мастигокладус (Mastigocladus).

Распространение и экология сине-зеленых водорослей

Сине-зеленые водоросли распространены повсеместно на Земном шаре и поселяются там, где не могут произрастать другие растения.

Сине-зеленые водоросли встречаются в пресных и соленых водах, обычны в почвенных и надпочвенных сообществах, в сырых местообитаниях, на камнях, коре деревьев, на ледниках и снежниках.

Многие сине-зеленые водоросли, произрастающие в планктоне эвтрофных (богатых питательными веществами) водоемах способны вызывать массовое «цветение» воды. Так, например, избыток красного пигмента фикоэритрина у водоросли Trichodesmium erythraeum вызывает «цветение» воды в Красном море, из-за чего последнее и получило своё название.

Отдел Красные водоросли (Rhodophyta)

Для одноклеточных и колониальных форм багрянок характерно вегетативное размножение. У более высокоорганизованных красных водорослей вегетативное размножение не отмечено. Некоторые их них образуют споры.

Красные водоросли используются человеком в пищевой промышленности. Например, широко известен полисахарид агар, получаемый из разных видов багрянок.

Отдел делят на два класса: бангиевые (Bangiophyceae) и флоридеи (Florideophyceae)

Класс бангиевые (Bangiophyceae)

Объединяет одноклеточные, колониальные и многоклеточные формы. Рост диффузный, в результате деления всех клеток слоевища. Клетки содержат одно ядро со звездчатым хроматофором (крупный хлоропласт) и одним центральным пиреноидом (тельце вокруг которого происходит отложение запасных питательных веществ). Размножение бесполое. Половое размножение известно только у самых высокоорганизованных представителей класса. Большинство видов обитают в пресных водоемах или почве.

Основные представители: порфиридиум (Porphyridium), хроотеце (Chroothece), гониотрихум (Goniotrichum), астероцитис (Asterocytis), порфира (Porphyra).

Класс флоридеи (Florideophyceae)

Основные представители: пресноводные батрахоспермум (Batrachospermum) и леманея (Lemanea), морские мелобезия (Melobesia), литотамнион (Lithotamnion), кораллина (Corallina).

Отдел Зеленые водоросли (Chlorophyta)

Размножение вегетативное, бесполое и половое.

Обитают преимущественно в пресноводных водоемах, хотя встречаются и морские, почвенные и наземные формы.

Отдел включает в себя следующие классы: вольвоксовые (Volvocophyceae), протококковые (Protococcophyceae), улотриксовые (Ulotrichophyceae), конъюгаты (Conjugatophyceae) и сифоновые (Siphonophyceae).

Класс вольвоксовые (Volvocophyceae)

Наиболее примитивные представители зеленых водорослей. Встречаются как одноклеточные и колониальные формы. Типичным представителем одноклеточных является хламидомонада (Chlamidomonas). Клетки хламидомонады имеют шаровидную или эллипсоидную форму и покрыты оболочкой из гемицеллюлозы и пектиновых веществ. На переднем конце клетки располагаются два жгутика, у основания которых имеются две пульсирующие вакуоли. Всю внутреннюю часть клетки занимает протопласт с крупным пиреноидом с крахмальной сферой. Размножается хламидомонада бесполым путем при помощи двужгутиковых зооспор. Кроме того, возможно и половое размножение мейотическим делением клеток с образованием двужгутиковых гамет.

Класс протококковые (Protococcophyceae)

Исключение составляет только водоросль хлорелла (Chlorella), у которой отсутствуют подвижные стадии при бесполом размножении и не характерен половой процесс.

Основные представители: хлорелла (Chlorella), хлорококкум (Chlorococcum), протококкус (Protococcus).

Класс улотриксовые (Ulotrichophyceae)

Очень разнообразная группа нитчатых и пластинчатых водорослей, обитающих в соленых и пресных водоемах. Строение нитей может быть простым или разнонитчатым (гетеротрихальным). Пластинчатые формы бывают однослойными и двухслойными.

Бесполое размножение осуществляется подвижными зооспорами. Половый процесс изогамный.

Основные представители: улорикс (Ulothrix), ульва (Ulva), моносторома (Monostroma) и др.

Класс конъюгаты (сцеплянки) (Conjugatophyceae)

Основные представители: спирогира (Spirogyra), зигнема (Zygnema), мужоция (Mougeotia) и др.

Класс сифоновые (Siphonophyceae)

Представители этого класса не имеют клеточного строения. Слоевище этих водорослей представляет одну гигантскую клетку с одним или множеством ядер. Иногда такая клетка бывает разделена на сегменты перегородками. Такая структура называется сифонной.

Наиболее типичные представители: каулерпа (Caulerpa), кодиум (Codium), дазикладус (Dasycladus), ацетобулярия (Acetobularia).

Отдел золотистые водоросли (Chrysophyta)

Распространены в основном в пресных водах, особенно характерны для кислых вод сфагновых болот.

Отдел включает пять классов:

Классы Основные представители
хризоподовые (Chrysopodophyceae) хризамеба (Chrysamoeba)
хризомонадовые (Chrysomonadophyceae) хромулина (Chromulina)
хризокапсовые (Chrysocapsophyceae) гидрурус (Hydrurus)
хризосферовые (Chrysosphaerophyceae) эпихризис (Epichrysis)
хризотриховые (Chrysotrichophyceae) нематохризис (Nematochrysis)

Отдел Диатомовые водоросли (Bacillariophyta)

Размножаются диатомовые водоросли простым делением клетки. При этом протопласт увеличивается в объеме, в результате чего теки расходятся. Протопласт делится и митотически ( митоз) делится ядро. В каждой половинке клетки достраивается гипотека. Затем клетка может делиться еще несколько раз. В результате, размеры клеток уменьшаются в несколько раз по сравнению с размерами первоначальной клетки. Тогда диатомеи образуют ауксоспоры, которые связаны с половым процессом. Вегетативные клетки диатомовых водорослей диплоидны. Перед половым делением происходи мейоз. Уже гапдоидные (после мейоза) клетки подходят друг к другу, раздвигают створки и их ядра сливаются попарно, образуя одну или две диплоидные ауксоспоры. Ауксоспоры растут и со временем превращаются в вегетативные особи.

В настоящее время диатомеи делятся на два класса: центрические диатомеи (Centrophyceae) и пеннатные диатомеи (Pennatophyceae).

Класс центрические диатомеи (Centrophyceae)

Представители центрических диатомей имеют различную форму строения клеток, но все они обладают радиальной симметрией. Клетки могут быть одиночными ли соединенными в нитевидные или цепочковидные колонии. Форма их может быть круглой, эллипсоидной, бочонковидной, призматической.

Основные представители: мелозира (Melosira), талассиозира (Thalassiosira), актиноциклос (Actinocyclus), биддульфия (Biddulphia).

Класс пеннатные диатомеи (Pennatophyceae)

Панцирь пеннатных диатомей имеет продольную симметрию. Створки в очертаниях бывают линейные, ланцетные, эллиптические, реже булавовидные, симметричные по отношению к продольной и поперечной плоскостям (иногда только к одной из плоскостей). Живут пеннатные диатомеи преимущественно в бентосе морей и пресноводных водоемах, реже в планктоне.

Основные представители: фрагилярия (Fragilaria), табеллярия (Tabellaria), навикула (Navicula).

Отдел желтозеленые водоросли (Xantophyta)

Основные представители: ризохлорис (Rhizochloris), хлоротециум (Chlorothetium), трибонема (Tribonema), ботридиум (Botrydium).

Отдел бурые водоросли (Phaeophyta)

Размножение вегетативное (отделившимися частями слоевища), бесполое (жгутиковые зооспоры) и половое ( изогамия). У многих бурых водорослей гаметофит отличатся от спорофита и наблюдается смена поколений и ядерных фаз в цикле развития.

Бурые водоросли имеют довольно большое хозяйственное значение. Из них изготовляют альгинаты (соли альгиновой кислоты, применяемые как стабилизаторы растворов и суспензий в пищевой промышленности). Они используются при изготовлении пластмасс, смазочных материалов и т.д. Кроме того, бурые водоросли используются в пищу (ламинарии, аларии).

Бурые водоросли представлены во всех морях Земного шара.

Бурые водоросли делятся на два класса: фэозооспоровые (Phaeozoosporophyceae), циклоспоровые (Cyclosporophyceae).

Класс фэозооспоровые (Phaeozoosporophyceae)

Основные представители: эктокарпус (Ectocarpus), диктиосифон (Dictyosiphon), кутлерия (Cutleria), диктиота (Dictyota), ламинария (Laminaria).

Класс циклоспоровые (Cyclosporophyceae)

У представителей класса гаметофиты развиваются в слоевище спорофита виде слоя, выстилающего углубления (концептакулы или скафидии).

Читайте также:  Первый признак обрыва ремня грм

Основные представители: фукус (Fucus), саргассум (Sargassum), дурвиллеа (Durvillea).

Отдел пирофитовые (Pyrrophyta)

Пирофитовые водоросли чрезвычайно разнообразны по окраске.

Размножение в основном вегетативное, путем продольного деления клетки, реже наблюдается бесполое размножение зооспорами и автоспорами. Половой процесс достоверно не известен.

Основные представители: гимнодиниум (Gymnodinium), церациум (Ceracium)

Отдел Эвгленовые (Euglenophyta)

В основном пресноводные формы.

Основные представители: эвглена (Euglena)

Отдел Харовые (Charophyta)

Распространены харовые водоросли в пресных и слабосоленых водоемах.

Основные представители: хара (Chara), нителла (Nitella), лихнотамнус (Lychnothamnus).

Роль водорослей в биосфере

Водоросли имеют огромное значение в биосфере. Они являются первичными продуцентами органики в Мировом океане. Сейчас известно, что на долю Мирового океана выпадает половина всего производства первичной продукции, выражающаяся в количестве фиксированного углерода. С водорослей начинаются практически все морские и пресноводные пищевые цепи, которые через зоопланктон, ракообразных доходят до рыб.

Другим следствием фотосинтеза является выделение кислорода. И здесь водоросли занимают лидирующие позиции. На долю водорослей приходится как минимум половина всей кислородной продукции биосферы (это намного больше, чем вклад наземных лесов).

Источник

Основные признаки, характерные для водорослей. Особенности и значение водорослей

Какие существуют основные признаки, характерные для водорослей? Чем они отличаются от других растений? Какие функции выполняют? Разберемся с этим ниже.

Что такое водоросли?

До середины XX века водоросли вместе с грибами, лишайниками и бактериями относили к низшим растениям. Сейчас это понятие утратило актуальность. Термин «водоросли» является чисто биологическим, а не систематическим. Характеристика водорослей неоднозначна, так как они могут принадлежать к разным отделам и категориям.

Само понятие обозначает не конкретный вид, а группу организмов, которых объединяет ряд общих черт. Они представляют гетерогенные многоклеточные, одноклеточные и колониальные организмы. Основные признаки, характерные для водорослей, – это отсутствие сосудов, наличие хлорофилла в клетках, обитание в водной среде. Известно больше ста тысяч водорослей. Их размеры могут колебаться от одного микрометра до 40 метров в длину.

Многочисленные виды и классы водорослей объединяются в отделы зеленых, бурых, золотистых, желто-зеленых, криптофитовых. Практически все из них относятся к подцарству Водоросли в царстве Растения. Исключением являются сине-зеленые водоросли. Их причисляют к цианобактериям.

Основные признаки

Характерные для водорослей особенности – это наличие фотоавтотрофного питания, то есть осуществление фотосинтеза, благодаря наличию хлорофилла. Вещества из окружающей среды они поглощают всей поверхностью тела.

Основные признаки, характерные для водорослей, заключаются также в отсутствии четкого разделения тела на органы. Их тело не имеет корней, стебля, листьев, но отличается строением у разных представителей водорослей. Оно может иметь вид тонких нитей, пластин, лент и т. д.

Водоросли могут иметь разнообразную окраску. Зеленый цвет многих видов определяется наличием хлорофилла, красный, желтоватый и другие цвета говорят о наличии различных пигментов. Они не формируют цветков, размножение у разных видов происходит при помощи спор, вегетативным или половым способом.

Среда обитания

Изначально им присущ водный образ жизни, однако некоторые виды приспособились к жизни в почвах, на деревьях и даже скалах. Водоросли небольшого размера могут крепиться к другим водорослям или живут на дне водоемов, являясь частью бентоса.

Некоторые мелкие виды свободно плавают в верхних слоях воды вместе с планктоном. Существуют и паразитические виды, которые внедряются в раковины организмов. Наибольшими размерами обладают бурые водоросли. Разрастаясь, они образуют целые леса под водой, обеспечивая приют рыбам и другим животным.

Как правило, они обитают на глубинах, на которые ещё способен проникать солнечный свет. Максимальная глубина составляет 200 метров, хотя большинство видов не опускаются ниже сорока. На поверхности водоросли часто вырастают в условиях хорошей влажности. Они могут появиться даже на заборе или доме. Вступая с грибами в симбиоз, некоторые водоросли слились с ними в одно целое, сформировав отдельный вид организмов – лишайники.

Биологическое значение

За счет активного фотосинтеза водоросли являются главными производителями органических веществ в воде. Благодаря циркуляции углекислого газа и кислорода они являются частью мирового круговорота веществ. Люди применяют их в качестве биотоплива, используют для очистки вод.

Водоросли служат пищей для многих живых существ. Они богаты йодом и минералами, поэтому некоторые виды употребляют люди, например, ульву, морскую капусту. Их используют в фармацевтике, а также в химической промышленности, чтобы получить агар-агар, целлюлозу, уксусную кислоту, спирт.

Источник

Водоросли: общая характеристика. Зелёные водоросли

Водоросли — это сборная группа бессосудистых, преимущественно фотосинтезирующих эукариотических и прокариотических организмов из разных таксономических категорий. Более авторитетные источники полностью исключают прокариот из этой условной единицы. Скорее водоросли представляют собой экологическую группу, объединённую водным образом жизни. Однако не всё, что растёт в воде, является водорослями.

Традиционно их относили к царству Растения, в котором почти все группы были выделены на основании набора пигментов, особенностей размножения и морфологических признаков. В современных системах, основанных главным образом на критериях строения репродуктивной системы и особенностях жизненного цикла, некоторые отделы водорослей помещают в самостоятельные царства. При этом в ряде из них их объединяют с отдельными группами грибов и простейших. Среди водорослей есть и настоящие растения (зелёные и красные).

Общая характеристика водорослей

Водоросли включают как одноклеточные микроскопические и колониальные организмы, такие как диатомеи, хлореллу и вольвокс, так и многоклеточные бурые водоросли — Macrocystis, Sargassum, достигающие 50-60 м в длину. Большая часть водорослей — водные организмы, обладающие фотоавтотрофным способом питания.

Водоросли распространены не только в солёной и пресной воде, но и на влажных участках суши. Обычны они в поверхностном слое почвы, на камнях, коре деревьев и других субстратах. Существуют нивальные виды, встречающиеся в горах на снегу. Одноклеточные зелёные представители этой группы вместе с грибами составляют особые организмы — лишайники.

Форма таллома водорослей бывает различной, в частности,
выделяют:

Водоросли демонстрируют широкий спектр типов размножения от простого деления клеток до сложных форм полового процесса. Эволюция процессов размножения, морфологии и жизненного цикла водорослей привела к появлению около 450 млн лет назад высших растений.

Огромную роль водоросли играют в функционировании экосистем и жизни человека. Они являются важнейшими первичными продуцентами, как свободноживущими, так и образующими симбиотические взаимоотношения. Водоросли участвуют в первичных сукцессиях на почве и каменистых субстратах.

Цианобактерии — важнейшие азотфиксаторы, они связывают в некоторых полупустынных регионах до 5 кг азота на гектар. Именно цианобактерии были теми организмами, которые около 2 млрд. лет назад, благодаря появлению оксигенного фотосинтеза, изменили общий характер атмосферы с восстановительного на окислительный. Человек широко использует водоросли как источник пищи, микроэлементов, витаминов, химических веществ.

Цианобактерии.
Автор: Ножничи, CC BY-SA 4.0

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

Читайте также:  Признаки осени в неживой и живой природе осенью

Водоросли — современные свидетели эволюции эукариотической клетки

Первые живые организмами на Земле появились более трех миллиардов лет назад. Это были прокариоты — предшественники бактерий или архей. Некоторое время спустя, возможно, менее чем через миллиард лет после этого, возникли эукариотические клетки. Изначально они тоже были чрезвычайно простыми. Они имели зачатки мембранно-ограниченного ядра, эндоплазматического ретикулума, микротрубочки, но были лишены митохондрий и пластид.

Другая линия ранних эукариот, вошла в другой эндосимбиоз с фотосинтетическими цианобактериями, позже развившимися в хлоропласты. Эта линия дала начало более совершенной группе водорослей, в том числе зеленым, которые являются настоящими растениями — эмбриофитами. Однако разнообразие фотосинтетических организмов свидетельствует о том, что этот процесс происходил неоднократно.

Наиболее древние фотосинтетические эукариотические организмы — глаукофиты, красные и зеленые водоросли. Их хлоропласты имеют две оболочки, происходящие от двух мембран грамотрицательной цианобактерии, наружная оболочка — мембрана пищеварительной вакуоли — редуцируется. Хлоропласты у этих водорослей возникли в результате первичного эндосимбиоза. При этом у глаукофитовых и красных водорослей сохраняются фикобилисомы — белковые комплексы, характерные для цианобактерий, которые содержат фикобилипротеины и прикрепляются к мембранам тилакоидов.

Как и у Paulinella, многие важные гены из прокариотического эндосимбионта были перенесены в эукариотическое ядро, и эндосимбионт утратил самостоятельность. Красные или зеленые водоросли в результате вторичного эндосимбиоза были включены в клетки других эукариотических организмов. При интеграции зеленых водорослей в клетку других эукариот возникли эвгленовые и хлорарахниофиты, красные водоросли как эндосимбионты дали начало остальным группам.

В результате этого произошли хлоропласты, которые имеют четыре оболочки, первые две сохраняются от первичных хлоропластов, третья — цитоплазматическая мембрана клетки-эндосимбионта и наружная — мембрана пищеварительной вакуоли новой клетки-хозяина. У эвгленовых и части динофитовых наружная оболочка в дальнейшем редуцируется и остается три оболочки.

У ряда водорослей редукция, наоборот, не заходит очень далеко. Так, у хлорарахниофитов и криптомонад между второй и третьей мембраной хлоропласта сохраняется нуклеоморф — сильно редуцированный остаток ядра эндосимбионта, состоящий из трех хромосом.

Существует и третичный эндосимбиоз, который наблюдается у ряда динофитовых водорослей. Так, строение хлоропластов у некоторых представителей этой группы существенно отличается от такового у большинства родов. У рода Lepidodinium имеется двухмембранный хлоропласт с хлорофиллами a и b, у Kryptoperidinium — пятимембранный хлоропласт. Генетическими методами показано, что у первого рода хлоропласты происходят от эндосимбиотических зеленых водорослей, у второго — от диатомовых. Динофитовые также характеризуются присутствием клептохлоропластов, достающихся им от водорослей-жертв и способных на непродолжительное существование в их клетках.

Нам очень повезло и в том, что до сих пор существуют организмы, имеющие признаки предков, присутствующих у ранних эукариот. Они почти всегда одноклеточные и ранее их группировали в царство под названием «Протиста». Но это была искусственная классификация, основанная на том, что они якобы слишком просто устроены, находясь на низком эволюционном уровне, имеют производные признаки растений, животных и грибов. Благодаря расшифровке их ДНК, подтверждённой электронной микроскопией и другими методами, представители этой сборной группы были разнесены по разным группам организмов.

Главное, что отличает водоросли от настоящих растений — их репродуктивная система. Водоросли теперь определяются как фотосинтетические эукариотические организмы, у которых репродуктивные структуры полностью превращаются в споры или гаметы, при высвобождении не оставляют ничего, кроме пустых стенок. У растений же репродуктивные системы всегда сложны и многоклеточны, и только некоторые их внутренние клетки становятся репродуктивными.

Способ размножения водорослей — это процесс, отражающий простой клеточный уровень организации самого организма. У растений в отличие от водорослей репродуктивная система включает два типа тканей — репродуктивную и стерильную, функционирующих совместно как орган. Это отражает более сложный органный уровень интеграции тела настоящих растений.

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:

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

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:

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.

Читайте также:  Признаки перелома пятой плюсневой кости

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.

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.

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

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.

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.

Источник