Диатомовые водоросли – важный элемент в организации водной системы, который гармонично соединяет свойства животных и растений. Составляющей частью является диатомей, представляющий собой клетку, которая покрыта оболочкой из кремния. Как правило, этот вид водорослей предпочитает колониальную форму жизни.

В аквариуме их жизнедеятельность отражается в виде зелено-бурого, иногда серого либо коричневого налета. Диатомовые водоросли в аквариуме имеют огромное значение в организации мировой экосистемы. Водоросли производят большой объем органической массы, что заставило производителей биоматериалов и защитников природы обратить на них внимание. Диатомовые водоросли в аквариуме – это негативное явление, от которого следует избавляться при первых признаках возникновения. Но для этого нужно поближе «познакомиться» с этим видом водорослей, чтобы понять их устройство, принципы и назначение.

Диатомеи: вид вблизи

Мощные электронные микроскопы, которые позволяют увеличивать объект в тысячи раз, позволили изучить строение панциря диатомовой клетки. Главным компонентом панциря является диоксид кремния с различными примесями алюминия, железа, магния, органических веществ. Он представляет собой внешнюю оболочку, состоящую из двух частей – створок, зачастую они надвинуты друг на друга. В зависимости от вида, створки соединены непосредственно, или имеют разделитель в виде кремнистых ободков, которые позволяют створкам раздвигаться для увеличения объема клетки.

На внешней части панциря можно увидеть тонкий покров органического вещества. Створка имеет неоднородную поверхность, здесь можно увидеть углубления, ребра, штрихи, различные ячейки. В основном это поры или камеры. Практически вся площадь панциря (75%) покрыта отверстиями. Еще можно увидеть различные наросты, изначально их цель была не ясна, но потом ученые определили, что они предназначены для объединения в колонии.

Под микроскопом удалось открыть многообразие форм панциря:

диски;
трубочки;
цилиндры;
коробочки;
барабаны;
веретена;
шары;
булавы.

Створки также представлены в большом количестве разнообразных видов. Структурные элементы составляют сложные комбинации, а ведь это только одна клетка!

Строение диатомеи

Цитоплазма выполняет защитную функцию и образует тонкий слой по периметру стенок. Есть специфический мостик, в нем находится диплоидное ядро и ядрышки. Внутриклеточное пространство полностью занимает вакуоль. Хроматофоры расположены по всей длине стенок. Они представляют собой маленькие диски и пластины. Чем меньше их размер, тем больше количество. Гетеротрофные водоросли не имеют пигментов. Автотрофные диатомеи в своих хроматофорах хранят пластиды различных цветов.

Благодаря фотосинтезу образуются в клетке не привычные углеводы, как у всех наземных растений, а липиды. Помимо жиров, которые требуются для правильной жизнедеятельности, в организме имеются дополнительные компоненты и резервные вещества, например, хризоламинарин.

Размножение

Эти водоросли размножаются двумя способами:

вегетативным;
половым.

Скорость размножения достаточно большая, обычно представляет собой деление пополам. Темпы напрямую зависят от условий окружения. За сутки одна клетка может образовать около 35 миллиардов новых организмов. Этот вид водорослей населяет практически любой водоем в мире, они отлично себя чувствуют в озерах, реках, морях с умеренной температурой воды, хотя их не пугают горячие источники и ледяная вода. Диатомеи составляют с остальными подобными микроскопическими растениями основу фитопланктона всего Мирового океана.

Одно из самых важных свойств диатомовых водорослей – производство кислорода.

Виды

Какие-то виды проживают на дне, другие закрепляются к субстрату, например, ко дну морских кораблей. Очень часто они объединяются в многочисленные колонии, для скрепления используются специальные выросты либо слизь. Образование в колонии не случайно, таким образом микроорганизмы стараются противостоять негативным проявлениям окружающей среды. Существуют виды диатомей, которые живут только на субстрате одного типа, например, только на брюхе кита или только на определенном растении.

Есть виды диатомей, которые свободно передвигаются (парят) в воде за счет своей малой плотности, пористого панциря, вкраплений масла. Для большего эффекта на их тельце есть длинные щетинки, которые позволяют соединяться в большие плавучие колонии. Иногда для скрепления используется слизь, она легче воды.

Главные систематические группы

В отделе Bacillariophyta находится более 10 000 видов. Ведущие биологи мира утверждают, что это число на самом деле в несколько раз больше. За последнее столетие систематика диатомей претерпела немало изменений. Причем многочисленные споры и дискуссии ведутся и сейчас, главной темой является количество классов.

Центрические диатомеи

Водоросли данного класса имеют одноклеточные, а также колониальные формы. Скруглен панцирь, он имеет радиальное строение. Хроматофоры представлены как маленькие пластинки. Диатомеи центрического класса ведут неподвижный образ жизни. Размножаются половым моногамным способом. Представители центрических диатомей были обнаружены в остатках древности по всему миру.

Порядок Coscinodiscales. Иногда живут одиночками, но в основном в виде нитевидных колоний. Форма панциря не имеет углов, отсюда и название:

цилиндрическая;
шаровидная;
линзовидная;
эллипсоидная.

Створки округленные, на них находятся различные выросты, ребра и другие особенности поверхности.

Порядок Biddulphiales. Клетки-одиночки, но иногда соединяются в многочисленные колонии, для этого используются дополнительные наросты на панцире. Кстати, панцирь имеет форму, напоминающую цилиндр либо призму. Створки круглые, как правило, эллиптической формы, в некоторых случаях многоугольные. Створки неоднородной структуры, из-за присутствия мелких неровностей и отверстий.

Род хетоцерос. Цилиндрические клетки, с большими щетинками, расположенными на створках. Щетинки позволяют объединяться в цепи нитевидного типа. Хроматофоры имеют вид больших пластинок.

Перистые диатомеи

Одноклеточные водоросли, которые нередко объединяются в колонии, имеют разнообразную форму. Панцирь представляет собой две симметричные части (створки), хотя есть виды, где прослеживается четкая асимметрия. Как правило, створка обладает перистой структурой. Хроматофоры напоминают большие пластинки. Эта форма активна, имеет различные швы щелевидного и каналовидного типа. Размножение происходит обычным половым способом, но специфическим образом, который напоминает конъюгацию.

Происхождение

Диатомеи значительно отличаются от других представителей водных растений. После тщательных исследований пигментных пластин и процесса фотосинтеза, который протекает в клетках, удалось выяснить, что происходят эти организмы от представителей жгутиковых. Эта гипотеза нашла точные доказательства в способности диатомовых водорослей перерабатывать и производить вещества органического происхождения своими разноцветными пигментами.

Роль диатомовых водорослей в аквариуме

В природных экосистемах они выполняют огромнейшую роль, поскольку являются основной частью планктона и участвуют в формировании органических веществ планеты, а после отмирания их панцири участвуют в образовании горной породы. Несмотря на такое большое значение в природе, в аквариуме диатомовые водоросли пользы не несут. Коричневые водоросли, которые образуют налет на стенках, особенно в тех местах, куда попадает меньше всего света – это диатомеи.

Диатомовые обязательно «поселяются» в новом аквариуме, по истечению нескольких дней после наполнения водой. В старых аквариумах водоросли появляются при неправильном освещении, как правило, недостаточном или сильно слабом.

Для размножения диатомовых водорослей способствуют:

показатель рН больше 7,5;
высокий уровень жесткости воды;
чрезмерная концентрация соединений азота.

Вспышку развития водорослей может спровоцировать большое количество солей натрия в составе воды, обычно это происходит после лечения рыбок поваренной солью. С диатомеями следует систематически бороться, иначе они покроют все стенки искусственного водоема. Следует чистить камушки и приборы от слизи и бурых комочков, сразу после их появления. Чтобы предупредить развитие, необходимо контролировать уровень освещения, и проверять состав воды. Развитие диатомей будет проходить медленнее, если настроить освещение, и периодически очищать аквариум.

Класс Диатомовые водоросли: строение клетки, особенности размножения.

Морфология:

одноклеточные или колониальные коккоидные; жгутиковые только сперматозоиды; хлорофиллы а,с; каротиноиды: фукоксантин, диадиноксантин, диатоксантин; продукты ассимиляции: хризоламинарин, масло и волютин; ядро содержит 1-8 мелких ядрышек; покрыты панцирем, состоящим из аморфного кремнезема с примесью орг соединений и металлов, который покрыт со всех сторон пектиновым слоем; панцирь состоит из двуз «крышечек», накладывающихся одна на другую: верхняя - эпитека, нижняя - гипотека; каждая половина состоит из створки и поякового кольца; 2 типа створок: актиноморфные - можно провести 3 и более осей симметрии; зигоморфные - не более 2 осей симметрии; изопольные створки - с одинаковыми концами, гетеропольные - с разными. Панцирь пронизан перфорациями для сообщения с окрестной средой;перфорации 2 видов: поры(мелкие отверстия, пронизывающие стенку однослойного панциря, могут быть открыты или полустянуты мембраной; ареолы(?) - в двухслойных стенках створок, могут быть закрыты тонкой перфорированной кремнеземной пленкой; некоторые активно передвигающиеся выделяют слизь через шов или римопортулы; цитоплазма постенная,крупная вакуоль;

Экология: обильно распространены в океанах, морях, пресноводных водоёмах и даже в почве; наличествуют в больших количествах как в планктоне, так и в бентосе; являются наиболее важными продуцентами орг вещества;

Размножение: митоз открытый без центриолей, роль центра организации микротрубочек играют полярные пластинки, расположенные на полюсах клетки; вегетативное - особенно весной и летом: ядро митотически делится, протопласт разделяется пополам в плоскости, параллельной створкам. Каждый новый протопласт наследует половину панциря, а вторая образуется заново, причем у обеих она будет гипотекой; половой процесс - гетерогамия, конъюгация.

Класс Диатомовые водоросли: общая характеристика центрических и пеннатных водорослей. Представители (Melosira, Navicula). Роль диатомовых водорослей в природе и значение для человека.

Пеннатные - одноклеточные или колониальные водоросли. Клетки линейные или ланцетовидные, реже эллиптические или округлые, биполярные, с перистой структурой панциря. Среди них есть подвижные(со швом) и неподвижные. Половой процесс типа конъюгации. Типичный представитель - Navicula . Самый обширный род Диатомовых, состоит более чем из 10000 видов. Встречаются на дне или в обрастаниях у берегов в различных, пресных и морских водоемах. У многих видов концы клеток сужены таким образом, что форма клетки напоминает лодочку. Камеры в створках отсутствуют. Эпифитные виды рода часто удерживаются на поверхности водорослей или высших растений, образуя на них полые слизистые трубки, в которых они свободно передвигаются и таким образом выносятся над субстратом в более благоприятные условия освещения.

Центрические - особенно широко представлены в планктоне морей и океанов как основные продуценты орг веществ. Это одноклеточные и колониальные формы, характеризующиеся радиальной симметрией клеток, отсутствием активной подвижности(не имеют швов на панцире) и оогамным половым процессом.

Типичный представитель - Melosira . Это колонии, состоящие из цилиндрических или бочонкообразных клеток, соединяющиеся створками в нити или цепочки. Створки всегда круглые, покрытые нежными или грубыми точками(порами), часто образующими радиальные ряды. Многочисленные хроматофоры имеют вид дисков или лопастных образований. Обитают преимущественно в планктоне и бентосе пресных и соленых водоемов.

Значение в природе: составляет основную основную массу растительного планктона, являются началом троф цепей.

Значение для человека:1) мощное развитие диатомовых водорослей имеет большое хоз значение, т.к. им определяется богатство водоёма рыбой. Однако массовое развитие несет и отрицательное значение: некоторые виды могут вызывать гибель мальков, попадая им в жабры, также возможно запутывание их в рыболовных сетях, вызывая затруднения в ловле рыбы.2) горная мука, или диатомит, на 50-80% состоящая из панцирей ископаемых диатомей, имеет большое практ значение. Применяется как полировочный и шлифовочный материал, для тепло- и звукоизоляции, как фильтрующее средство в пищ, хим, мед промышленности.3) диатомовый анализ - определение возраста и происхождения осадочных пород на основе знания диатомей.

23 . Класс Бурые водоросли. Общая характеристика. Особенности строения и размножения. Роль в природе и значение для человека. Класс бурые (Phaeophyceae) или фукусовые (Fucophyceae) водоросли: талломы - разнонитчатый, псевдопаренхиматозный, паренхиматозный. Макроскопические водоросли. Жгутиковые стадии (зооспоры и гаметы) имеют 2 латеральных (сбоку) жгутика (у диктиотовых - 1): передний несёт 2 ряда мастигонем, задний - короткий гладкий, его основание несёт базальное вздутие. Жгутики могут заканчиваться акронемой - длинным, часто спирально закрученным, терминальным придатком. У бурых есть мембраны хлоропластной ЭПС (эндоплазматической сети), рядом с ядром хлоропластная мембрана ЭПС переходит в наружную мембрану ядра. Тилакоиды в хлоропластах собраны в ламеллы по три. Есть опоясывающая ламелла. Кольцевая хлоропластная ДНК расположенна под опоясывающей ламеллой. У этих водорослей бурая окраска т.к. помимо хлорофиллов А, С1, С2, есть бетта-каротин и избыток ксантофиллов (особенно фукоксантина). В хлоропластах есть пиреноиды, свободные от тилакоидов. Глазок (стигма) у жгутиковых стадий состоит из 40-80 липидных глобул, собранных в один слой, расположен в хлоропласте и ориентирован на базальное вздутие - фоторецептор. Запасающий продукт водорослей - ламинарин, откладывается в цитоплазме, также есть ламмит и липиды. Клеточная стенка из целлюлозы, альгиновой кислоты и солей, сульфатированных полисахаридов. Клетки бурых одноядерные, некоторые с возрастом - многоядерные. Митоз полузакрытый (ядерная мембрана исчезает в анафазе) с центриолями. Цитокинез (деление клетки) происходит путём впячивания мембраны. Есть плазмодесмы (цитоплазматической нити, соединяющие соседние клетки). Размножение вегетативное, бесполое и половое: вегетативное - участками таллома, выводковыми почками; бесполое - зооспорами, которые образуются в одногнёздных (однокамерных) спорангиях, развиваются на диплоидных (2n) спорофитах и в которых перед формированием зооспор ядро редукционно делится, споры прорастают в гаплоидные (n) гаметофиты; половое - у более высокоразвитых бурых - оогамия (в оогониях (женские органы) и антеридиях (мужские) образуется по одной гамете, но бывает и много). Известны половые феромоны (вещества, повышающие активность клеток при половом размножении). Жизненные циклы: 1) гаплоидно-диплоидный, со спорической редукцией с изо- или гетеро-морфной сменой генераций(форм развития), 2) диплобионтный, с гаметической редукцией. Бурые водоросли представленны в основном морскими формами. Роль бурых водорослей в природе чрезвычайно велика: это один из основных источников органического вещества в прибрежной зоне, особенно в морях умеренных и приполярных широт; их заросли служат местом питания, укрытия и размножения многих животных. Человеком бурые водоросли используют в пищу, на корм скоту, как удобрения, для производства альгинатов(нетоксичные соединения, обладающие коллоидными свойствами, поэтому они широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности) и маннита(используют как заменитель сахара для больных диабетом. Кроме того, он может быть использован в качестве плазмозаменителя при консервации крови).

24 . Ectocarpus. Порядок эктокарповые (Ectocarpales): Таллом гетеротрихальный(нитчатая структура водорослей, состоящая из двух частей: стелющейся по субстрату - горизонтальной, и прямостоячей - вертикальной.) В половом процессе - изо- или гетерогамия (изо - мужские и женские гаметы одинаковые по размеру, гетеро - мужские меньше женских). Жизненный цикл с изоморфной (или слегка гетероморфной) сменой генераций. Род Ectocarpus: обитают в холодных морях, эпифиты (живут на других растениях). Таллом в виде желтовато-бурых кустиков. У стелющихся по субстрату нитей рост верхушечный, у вертикальных - диффузный. Клетки нитей содержат несколько удлинённых хлоропластов, каждый из которых с несколькими пиреноидами. Бесполое размножение - зооспорами, которые развиваются на диплоидных спорофитах в одногнёздных спорангиях. Образованию зооспор предшествует редукционное деление ядра, гаплоидные зооспоры вырастают в гаплоидные гаметофиты. В половом процессе - изогамия. Половой феромон - эктокарпен. После слияния гамет образуется зигота, которая без периода покоя прорастает в диплоидный спорофит. Изоморфная смена генераций: в зависимости от климатических условий в ней могут быть отклонения - гаметофит и спорофит воспроизводят сами себя.

25 . Класс Бурые водоросли: жизненный цикл представителей рода Laminaria. Порядок ламинариевые (Laminariales): Род Laminaria: Паренхиматозный таллом у спорофита. Рост водоросли за счёт вставочной меристемы(образовательная ткань), расположенной между стволом и пластинкой. Жизненный цикл с гетероморфной сменой генераций с крупным спорофитом и микроскопическим гаметофитом. Половой процесс - оогамия, в гаметангиях образуется по одной гамете. У подвижных стадий отсутствует глазок (стигма) и базальное вздутие на жгутике. Гаметофит в виде микроскопических ветвящихся одноосевых нитей с апикальным ростом, несут на себе половые органы, редуцированные до нескольких клеток. Яйцеклетка остаётся прикреплённой к краям оогония при половом процессе, а не отрывается. Основной половой феромон - ламоксерен. Зигота без стадии покоя прорастает в спорофит.Спорофит в виде листовой пластинки (несколько метров в длинну), прикреплённой к субстрату ризоидами. На поверхности спорофитов находятся зооспорангии, собранные в сорусы(группы). Зооспоры обладают "+" хемотаксисом (двигаются под воздействием хим.веществ).

26 . Класс Бурые водоросли: жизненный цикл представителей рода Fucus.

Порядок фукусовые (fucales): Род Fucus: Обитает в северных морях. апикальный рост (на верхушке есть апикальная клетка). Плоский, ремневидный, дихотомически разветвлённый таллом, вдоль лопастей таллома проходит срединная жилка, в нижней части переходящая в черешок (ризоид), который прикрепляется к субстрату. У некоторых видов рода фукус есть воздушные пузыри. Жизненный цикл диплобионтный с гаметической редукцией. Бесполого размножения нет. Половой процесс - оогамия. Половые органы расположенны в углублениях таллома - концептакулах (скафидиях), которые в свою очередь расположенны на концах ветвей. Слой клеток, выстилающий концептакул, развивается из одной клетки - проспоры. В оогониях (Ж. органы) по 8 яйцеклеток, в антеридиях (М. органы) по 64 сперматозоида. Половой феромон - фукосерратен.

Размножение диатомовых водорослей

Деление. Чаще всего диатомеи размножаются вегетативным делением клетки на две половины; этот процесс обычно происходит ночью или на рассвете. Темпы деления различны у разных видов и могут меняться даже у одного вида в зависимости от сезона или условий окружающей среды. Весной и в начале лета наблюдается максимальное развитие диатомовых в результате их интенсивного деления. Наличие в воде биогенных веществ способствует делению и росту диатомей.

Опыты показали, что в культуральной среде некоторые планктонные виды могут делиться до 3-8 раз в сутки. Бентосные виды делятся гораздо реже - один раз в 4 дня. Известны случаи еще более редкого деления - один раз за 25 дней. Но эти сведения не абсолютны, и темпы деления могут меняться в зависимости от широтного расположения водоема, его физико-химического режима и, конечно, от особенностей вида.

Процесс деления клетки у диатомей своеобразен из-за наличия твердого панциря. Сначала в протопласте начинают скапливаться капельки масла, а сам протопласт значительно увеличивается в объеме, вследствие чего эпитека и гипотека панциря расходятся, оставаясь соединенными только краями своих поясковых ободков. Протопласт делится на две равные части, а вместе с ним и хлоропласты. Если хлоропласт один, то он делится пополам; если их много, то в дочерние клетки сначала попадает половина их, а затем они делятся, в результате в дочерних клетках образуется исходное количество хлоропластов. Ядро делится митотически, часто с хорошо заметными хромосомами и центросомой на каждом из образовавшихся полюсов. После окончательного разделения клетки на две каждая из дочерних клеток, получившая лишь половину материнского панциря, сразу же "достраивает" недостающую половину, но обязательно внутреннюю, т. е. гипотеку. Дополнительные образования панциря - вставочные ободки, септы и другие структурные элементы - возникают вскоре после сформирования новой гипотеки. Таким образом, возникшие в результате деления две дочерние клетки оказываются по размерам несходными: одна клетка, получившая эпитеку, сохраняет размеры материнской клетки, а другая, получившая материнскую гипотеку, ставшую в новой клетке эпитекой, приобретает меньшие размеры. В результате после многократных делений происходит постепенное уменьшение размеров клеток у половины каждой данной популяции: у центрических диатомей уменьшается диаметр клеток, а у пеннатных - длина и отчасти ширина клеток. Установлено, что у некоторых видов в процессе делений размеры клеток уменьшаются почти в 3 раза по сравнению с первоначальными.

Микроспоры. У многих планктонных диатомей обнаружены так называемые микроспоры - мелкие тельца, возникающие в клетках в количестве от 8 до 16 и более, а у некоторых видов их бывает и более 100. Наблюдались микроспоры со жгутиками и без них, с хлоропластами и бесцветные. Наиболее часто микроспоры развиваются у видов рода хетоцерос (Chaetoceros), и наблюдалось даже их прорастание (рис. 90).

Процесс образования микроспор цитологически не изучен, и природа их точно не установлена.

Половой процесс и образование ауксоспор. Ауксоспорами, т. е. "растущими спорами", называют такие, которые при своем образовании сильно разрастаются и затем прорастают в клетки, резко отличающиеся по размерам от исходных. Способность образовывать ауксоспоры свойственна только диатомовым водорослям, но до сих пор не удалось еще полностью объяснить этот процесс и порождающие его причины. Образование ауксоспор, по всей вероятности, вызывается различными причинами. Согласна наиболее распространенному мнению, оно наступает вследствие многократных делений, приводящих, как это описано выше, к мельчанию клеток. Достигнув минимальных размеров, клетки развивают ауксоспоры, что приводит к восстановлению их размеров. Однако другие исследователи считают, что ауксоспорообразование связано просто со старением клеток, так как его нередко удавалось наблюдать и тогда, когда клетки еще не достигли своих минимальных размеров. С этих позиций ауксоспорообразование рассматривается как процесс "омоложения" клетки. Кроме того, есть наблюдения, свидетельствующие о развитии ауксоспор при изменении условий окружающей среды, например при резком понижении температуры воздуха или воды.

Каковы бы ни были причины, способствующие возникновению ауксоспор, установлено главное: ауксоспорообразование всегда связано с половым процессом. У диатомовых водорослей встречаются все три типа полового процесса, вообще известные у водорослей,- изогамный, анизогамный и оогамный, а также некоторые формы редуцированного полового процесса (рис. 91). У пеннатных диатомей половой процесс во всех случаях состоит в сближении двух клеток, в каждой из которых створки раздвигаются и происходит редукционное деление ядра, после чего гаплоидные ядра попарно сливаются и образуется одна или две ауксоспоры. У центрических диатомей попарное сближение клеток отсутствует и ауксоспора образуется из одной клетки, в которой сначала происходит деление материнского диплоидного ядра на четыре гаплоидных ядра, два из них затем редуцируются, а два сливаются в одно диплоидное ядро и образуется ауксоспора.

Все диатомовые водоросли - диплоидные организмы, а гаплоидная фаза у них бывает только перед слиянием ядер в ауксоспоре. Как в первом, так и во втором случае после слияния ядер образуется зигота, которая сразу, без стадии покоя, резко увеличивается в размерах и развивает ауксоспору. По положению и связи с материнской клеткой ауксоспоры бывают разных типов: свободная ауксоспора, конечная, боковая, интеркалярная и полуинтеркалярная (рис. 92).

После созревания ауксоспоры в ней развивается новая клетка, у которой сначала образуется эпитека, а затем гипотека. Первую клетку, возникшую из ауксоспоры, называют инициальной. По размерам она значительно превышает исходную.

Покоящиеся споры. Образованию покоящихся спор обычно предшествует или обильная вегетация вида, или наступление неблагоприятных условий. Протопласт клетки сжимается, округляется, и на его поверхности появляется сначала первичная створка споры, а затем вторичная, обе плотно соединяются краями (поясок у них отсутствует). Створки часто отличаются структурными элементами, они покрыты шипиками, выростами и некоторыми другими образованиями (рис. 93, 94). Обычно у диатомовых водорослей в клетке развивается только одна спора. Спустя определенное время покоящаяся спора, подобно ауксоспоре, увеличивается в объеме и дает начало новой клетке, вдвое большей по сравнению с исходной.

Покоящиеся споры обычно образуют многие морские неритовые диатомеи, а также некоторые пресноводные виды. У представителей многих родов они возникают периодически как обычное явление в жизненном цикле.

Диатомовые водоросли - одноклеточные одиночные или колониальные организмы микроскопических размеров, характерной особенностью которых является наличие кремнистых панциря. Они могут иметь радиальную или

двустороннюю симметрию тела (ил. 29.1). Хлоропласты этих растений имеют желтовато-бурую окраску, которое определяется наличием зеленых, бурых и желтых пигментов.

Большинство диатомовых водорослей является автотрофами. Размножение в них в основном бесполое, что происходит делением клетки на две.

Диатомовые водоросли живут везде: в пресных и соленых водоемах, на болотах, на камнях и скалах, в почве и на почве, на снегу и льду, на коре стволов деревьев. Они встречаются даже на глубине 350 м, где укрывают дно (ил. 29.2).

В природе диатомовые водоросли играют важную роль, являясь ценным источником пищи для многих мелких обитателей водоемов. С отмерших диатомовых водорослей образуются большие отложения горных пород, которые человек использует для изготовления фильтров, порошков для шлифовки металлов, а также как материал для звуковой и тепловой изоляции.

Какие общие особенности диатомовых водорослей?

Клетки диатомовых водорослей покрыты кремнистых панцирем, состоящим из двух половинок. Большая половинка накрывает меньше, как крышечка от коробки с кремом. В панцире есть норы, через которые обеспечивается обмен веществ с окружающей средой. Через них в клетку водоросли поступают питательные вещества, кислород, углекислый газ и т.п.. В двобичносиметричних диатомовых водорослей створки довольно часто имеют продольную щель - шов, благодаря которому они способны к скользящему движению. Такие движения могут осуществляться в ответ на механические воздействия, в направлении к свету, теплу и т.д.. Водоросли с радиальной симметрией, не имеют шва, не двигаются (ил. 29.3). Многие диатомовых водорослей способны выделять слизь. С помощью слизи водоросли образуют

Ил. 29.3. Различные варианты строения слизистые трубки, ножки для прикрепления к диатомовых водорослей дна водоема или подводных предметов, а также объединяются в колонии.

Большинство видов диатомовых водорослей является автотрофами. Но некоторые из них, которые живут на неглубоких участках морского дна, могут быть гетеротрофами и поглощать из воды готовые органические вещества. Крахмал в диатомовых водорослей не образуется, запасные вещества в них откладываются в виде масла, увеличивает плавучесть планктонных видов в толще воды. Однако пайзагальнишою признаком диатомовых водорослей является наличие кремнистых панциря, который состоит из двух половинок.

Чем отличаются различные группы диатомовых водорослей?

К диатомовых водорослей относят более 20 видов водорослей. В зависимости от строения и формы панциря различают диатомовые водоросли с радиальной (например циклотела) и двусторонней (например пинулярия) симметрией. Если через створку панциря можно провести несколько осей симметрии, такую створку называют радиально-симметричной. Когда через створку можно провести только одну ось симметрии, створку называют двобичносиметричною. Самыми известными среди диатомовых водорослей является навикула, пинулярия и некоторые другие.

Навикула имеет створки напоминают челнок (ил. 29.4). По средней линии створок проходит прямой щелевидный шов, в котором происходит движение слизи, что приводит движение клетки. Виды рода Навикула входят в состав бентоса пресных и соленых водоемов, а также живут в почве и горячих источниках. Пинулярии - одноклеточные диатомовые водоросли (ил. 29.5). Створки в них имеют удлиненную форму с закругленными концами. Шов в пену-лярии тянется вдоль клетки. В его концах и в средней части есть три утолщения-вуз-лики. Панцири у видов этого рода в основном крупные, клетки не способны удерживаться в толще воды, поэтому эти водоросли накапливаются в большом количестве на дне водоемов. Итак, диатомовые водоросли различаются по строению и форме панциря.

Какое значение диатомовых водорослей в природе и жизни человека?

Диатомовые водоросли в природе - это важнейшие производители органических веществ. На них приходится около 25% всей мировой массы этих соединений, которая создается растениями планеты. Поэтому диатомовые водоросли являются главным источником пищи для пресноводных и морских животных. Кроме того, отмирая, они становятся источником питательных веществ для питания бактерий и простейших животных. Установлено, что питательная ценность диатомей не уступает питательной ценности картофеля и хлебных злаков, а содержание белков и жиров в них даже выше.

В водоемах диатомовые водоросли активно участвуют в разрушении подводных сооружений, мостов и др.. Они забивают водопроводные трубы и приходится тратить значительные средства для их очистки с помощью сильного давления или химических растворителей. Наземные диатомовые водоросли играют заметную роль в почвообразовании. Панцири диатомовых водорослей с тонким орнаментом используют для настройки оптических приборов и проверки их качества. Кремнистые панцири отмерших диатомовых водорослей накапливались миллионы лет, образовав мелкозернистый порошок, который называется диатомовым илом. Этот порошок используется в технике для полировки изделий, а также для фильтрации веществ. С панцирей ископаемых диатомовых водорослей образовались залежи осадочных пород - диатомита, доломита и трепела. Некоторые виды являются индикаторами загрязнения морской воды различными отходами и нефтепродуктами, поэтому их используют для оценки санитарного состояния прибрежных вод (ил. 29.6). Итак, диатомовые водоросли занимают чрезвычайно важное место в природе, поскольку является постоянной кормовой базой и начальным звеном в цепи / сих питания для многих организмов. Значение диатомовых водорослей для человека определяется их участием в почвообразовании и накоплении осадочных пород, которые человек использует для своих нужд.

Диатомовые водоросли — важнейшая часть морского и пресноводного планктона. Микроскопический организм диатомей представляет собой одну клетку, покрытую кремниевой оболочкой. Встречаются колониальные формы этой группы водорослей, они часто образуют серый, зелено-бурый или коричневый гелеобразный налет на различных поверхностях. Диатомеи играют огромную роль в экосистемах, даже таких маленьких, как аквариум в комнате. Водоросли создают значительное количество биомассы, что уже привлекло к ним внимание производителей органических веществ и борцов за чистоту водоемов.

Отдел Диатомовые водоросли

Международное систематическое название группы диатомей — Bacillariophyceae. Объединяют в эту обширную группу - по разным данным - от 20 000 до 200 000 видов, живущих в соленой и пресной воде, даже под ледяным покровом Арктики и Антарктики. Диатомовые водоросли — преимущественно планктонные организмы, что подразумевает отсутствие органов для активного передвижения в воде. Исследованы мельчайшие представители этой группы, которые способны самостоятельно перемещаться, для этого у них есть многочисленные приспособления.

Поверхность твердых створок одноклеточных и колониальных организмов покрыта тонким слоем органических соединений. Есть рисунок из ребер, штрихов, по которым можно отличать диатомовые водоросли. Фото одного из этих микроскопических существ, расположенное ниже, дает представление о форме клетки, строении ее поверхности. Цвет диатомей варьируется от желтого до коричневого, что обусловлено присутствием смеси хлорофиллов, ксантофиллов и каротинов — всего насчитывается порядка 9 разных пигментов.

Внешнее строение диатомовых водорослей

Одна из главных отличительных характеристик диатомей — твердая оболочка клетки, образованная диоксидом кремния с примесями соединений алюминия, магния, железа, органических веществ. Покров состоит из двух не одинаковых по размерам половинок, которые закрываются как шкатулка или коробка. Одна створка крупнее другой, обе имеют слегка выпуклую либо плоскую форму. Большая половинка оболочки накрывает маленькую, как крышка. Есть дополнительные структуры - септы. Они делят клетку на отдельные камеры.

Многочисленные признаки внутреннего и внешнего строения отличают диатомовые водоросли. Фото под микроскопом позволяет тщательнее изучить особенности клеточной оболочки и внутреннего содержимого. Внешняя стенка на всем своем протяжении не однородная, она пронизана множеством отверстий, через которые происходит обмен веществ с окружающей средой. На кремнеземном панцире имеются выросты, помогающие колониальным формам создавать ассоциации, противостоять волнам и течениям.

Строение клетки диатомовых водорослей

Цитоплазма образует тонкий пристеночный слой, имеется своеобразный мостик, в котором расположено одно диплоидное ядро с ядрышками (1-8 штук). Практически все внутреннее клеточное пространство занимает вакуоль. Хроматофоры в основном расположены вдоль стенок. Это небольшие, но многочисленные диски или более крупные пластины. Гетеротрофные диатомовые водоросли не содержат пигментов. В хроматофорах автотрофных диатомей присутствуют окрашенные пластиды:

а- и с-хлорофиллы (зеленые);
β- и ε- каротины (оранжевые);
ксантофиллы (диадиноксантин, диатоксантин фукоксантин и другие желтые пигменты).

Реакции фотосинтеза в клетках диатомей приводят к образованию липидов, а не углеводов, как у большинства наземных растений. Кроме молекул жиров, необходимых для жизнедеятельности, в качестве включений и запасных веществ в клетках находятся зерна волютина и хризоламинарина.

Колониальные диатомеи

Последовательное деление одной клетки диатомовой водоросли приводит в результате к появлению целой колонии. Удерживаются отдельные мельчайшие организмы вместе благодаря разнообразным выростам оболочки, имеющим форму крючочков, рогов, шипов. Диатомовые водоросли в виде бесформенных слизистых комков и пленок не имеют упорядоченной структуры. Если общей слизи нет, то клетки скрепляются твердыми створками, образуя ленты, цепочки, кустики, либо имеют форму звезды, веера.

Размножение диатомей

Вегетативное размножение диатомовых водорослей связано с митотическим делением ядра в клетке. Возникают два протопласта, каждому из них в итоге отходит одна твердая створка. Вторая достраивается, после этого новые организмы колониальных форм диатомовых водорослей остаются соединенными, а одноклеточные разделяются. Результатом вегетативного размножения становится уменьшение размеров клеток от поколения к поколению. К уже имеющейся створке достраивается вторая — меньшего размера, поэтому со временем мельчают такие диатомовые водоросли.

Представители ряда групп диатомей при половом размножении проходят конъюгацию, как одноклеточные зеленые водоросли. В центрических диатомеях проходит оогамный процесс, когда одни особи дают яйцеклетки, а другие — жгутиковые сперматозоиды. Происходит оплодотворение, в результате чего возникает зигота, покрытая пектиновой оболочкой, затем образуется ауксоспора.

Основные систематические группы диатомовых водорослей

Отдел Bacillariophyta объединяет свыше 10 000 современных видов. Представители биологической науки утверждают, что их на самом деле существует в несколько раз больше. Систематика диатомовых водорослей на протяжении последних столетий претерпела несколько изменений. Споры ведутся в основном вокруг количества классов. Наиболее распространенная классификация:

Класс Центрические диатомеи (Centrophyceae) — содержит 5 порядков. Принадлежат к этой группе одноклеточные и колониальные диатомовые водоросли. Виды: Cyclotella meneghiniana, Melosira arctica и другие. Представители центрических диатомей составляют основу планктона, активно передвигаться в толще воды они не могут.

Класс Пеннатные, или Перистые диатомеи (Pennatophyceae). Насчитывает 4 порядка.
В этой группе широко представлены одноклеточные виды, способные активно передвигаться, и колониальные формы. Среди перистых диатомовых водорослей преобладают бентосные организмы, населяющие озера и моря. Предпочитают поверхности различных субстратов, покрывают их слизистой пленкой или комками. Относятся к перистым диатомеям такие роды, как Synedra, Fragilaria, Tabellaria, Diatoma, Navicula, Cymbella.

Происхождение отдела Bacillariophyceae

Диатомеи разительно отличаются от других водорослей. Изучив пигментные пластины, а также процесс фотосинтеза, протекающий в клетках, ученые пришли к выводу о происхождении этих организмов от древнейших жгутиковых. Доказательством теории является их способность синтезировать органические вещества с помощью пигментов разного цвета — зеленых, оранжевых и желтых. Исследователи установили родственные связи диатомей с бурыми, золотистыми и желто-зелеными водорослями.

Твердые кремнеземные панцири клеток на протяжении сотен тысяч лет откладывались на дне морей и океанов в виде диатомитов и других горных пород. Наиболее древние ископаемые диатомовые водоросли сохранились среди меловых отложений мезозоя (эры средней жизни). Добывают диатомит и трепел преимущественно в карьерах, используют в строительстве.

Экология диатомовых водорослей

Диатомеи широко распространились в пресных и соленых водоемах по всему земному шару. Обитают эти организмы среди влажных горных пород, в почве, освоили даже горячие источники, снежный покров и льды полярных областей. Моря и океаны населяют преимущественно виды, относящиеся к центрическим диатомеям.

Пресные водоемы — типичные местообитания пеннатных диатомовых водорослей. Среди представителей этой группы встречаются не только планктонные, но и бентосные формы (донные организмы). Велико разнообразие эпифитных диатомей и тех, что вызывают «цветение» воды в озерах и водохранилищах, их зарастание.

Значение диатомей

В Мировом океана диатомовые водоросли составляют более 2/3 от всего видового разнообразия водорослей. На их долю приходится 50% от общей биомассы морей и океанов, в масштабе планеты этот показатель тоже выглядит внушительно — 25% органической массы.

Диатомеи — находятся в начале пищевых цепочек водных экосистем. Эти фотосинтезирующие клетки в составе планктона служат пищей для беспозвоночных животных. Рыбы, ракообразные и другие представители морской фауны тоже питаются диатомеями либо поедают зоопланктон. Хозяйственное и научное значение диатомовых водорослей:

применяются в качестве показателей или индикаторов состояния поверхностных вод;
составляют основу при образовании на дне водоемов сапропеля (диатомового ила);
входят в состав отложений полезных ископаемых (диатомита и трепела);
способствуют самоочищению водоемов от ряда неорганических загрязнений;
помогают определить происхождение и возраст горных пород по панцирям ископаемых форм.

Диатомовые водоросли в аквариуме

Обживают стеклянные стенки, заселяют поверхность камней и приборов, покрывают листья подводных многоклеточных растений. Не любят яркий свет, поэтому предпочитают затемненные участки аквариума. С диатомеями нужно бороться, чтобы весь искусственный биоценоз за стеклянными стенками не покрылся бурой слизью. Необходимо счищать пленку и бурые комочки, как только они начинают появляться на камнях и приборах. Труднее всего убрать налет из диатомей на листьях подводных растений.

Предпринимаемые меры должны быть направлены на регулирование освещения и состава воды. Одной из причин «цветения» жидкости в аквариуме и естественных водоемов является избыточное содержание силикатов. Если минеральных веществ мало, то развитие диатомей идет медленно. Такой же эффект вызывает хорошее освещение аквариума, постоянное очищение стекол и камней от колоний диатомовых водорослей.