Значение зеленых водорослей в природе и жизни человека. Биологическая роль водорослей

Благодаря широкому распространению в природе водоросли имеют большое значение в отдельных биогеоценозах, в круговороте веществ, прежде всего круговороте кальция и кремния, а также в хозяйственной деятельности человека.

Водоросли являются в основном обитателями водной среды и поэтому служат главными поставщиками кислорода и органического вещества в Мировом океане, где они ежегодно создают около 500 млрд т биомассы. Урожайность водорослей Мирового океана составляет 1,3 -2,0 т сухого вещества на 1 га поверхности воды за год.

В Мировом океане водоросли представляют начальное звено в пищевой цепи различных гидробионтов, особенно рыб. В пресноводных олиготрофных водоемах для большего развития фитопланктона применяют минеральные и органические удобрения. Однако чрезмерное изобилие одноклеточных в водоемах отрицательно сказывается на качестве воды: она приобретает неприятный вкус и запах. Избыток разлагающихся водорослей часто губительно действует на все живое в водоемах. Обилие же синезеленых и золотистых водорослей вызывает "цветение" воды, которое может повлечь заморы рыб и отмирание высших растений водоема.

Водоросли-обрастатели создают трудности в водоснабжении, эксплуатации водного транспорта и других гидросооружений.

Многие водоросли (вольвоксовые, эвгленовые, желто-зеленые, пирофитовые, диатомеи) вместе с гетеротрофными организмами представляют собой биофильтры, очищающие сточные и загрязненные воды. Многие виды служат индикаторами биологического загрязнения и засоления.

Не все водоросли становятся пищей гетеротрофных организмов, часть их отмирает и выпадает в осадок, входит в состав детрита, который служит пищей для бактерий, грибов, актиномицетов, которые окончательно разрушают органическое вещество. Диатомовому планктону принадлежит основная роль в осадконакоплении. Диатомовые, зеленые, золотистые водоросли формируют илы, сапропели и некоторые осадочные горные породы (например, диатомит).

Почвенные водоросли (особенно азотофиксирующие) повышают плодородие почв, многие водоросли осваивают скалы, песчаники, участвуют в создании первичного гумуса, на котором могут поселяться другие растительные организмы. Вместе с грибами и лишайниками водоросли - пионеры растительности.

Кроме того, водоросли являются биоиндикаторами терриконов и других свежеобнаженных грунтов, их токсичности.

Красные и бурые водоросли представляют пищевую и сельскохозяйственную ценность. Водоросли, используемые в пишу, не только питательны, они богаты витаминами и солями йода, брома. Так, ламинарию сахарную и другие ее виды назначают при склерозе, расстройстве деятельности щитовидной железы и как слабое слабительное средство. Ламинария обладает также антисептическими свойствами: тампоны из черешков ламинарии успешно используют при лечении ран, ее также применяют в гинекологической практике. Среди пресноводных водорослей в пищу используют синезеленую водоросль спирулину - Spirulina platensis , нити которой скручены в правильную спираль (рис. 165), и др. Виды спирулины, например S. maxima , содержат много протеинов (60-70 % от сухой массы) и в настоящее время эту водоросль культивируют и используют в качестве лечебной пищевой добавки. В приморских странах создаются акватории для культивирования ценных водорослей.

Морские водоросли служат сырьем для получения различных веществ. Так, при переработке красных и бурых водорослей получают агар-агар и альгин, используемые в микробиологической, фармацевтической, пищевой, бумажной и текстильной промышленности. Агар получают из красной водоросли анфельции; альгин и альгинаты извлекают из бурых водорослей. Альгин и альгинаты обладают клеящими свойствами, их добавляют в пищевые продукты, при изготовлении таблеток, используют при выделке кож, при производстве бумаги и тканей, синтетических волокон, пластмасс, строительных материалов, из альгинатов делают растворимые нити, применяющиеся в хирургии.

Морские водоросли употребляют в качестве удобрений и на корм скоту. Так, во Франции еще в 70-е годы XX в. фермеры приморских местностей использовали бурые водоросли на корм скоту и пришли к выводу, что удои молока у опытных животных увеличивались на 40%.

Не забыты и микроскопические водоросли. Биомасса многих из них применяется как дополнительный источник белка и витаминов, для очищения воздуха в закрытых экосистемах (космических кораблях и др.).

Составляют основную часть растительности в водных экосистемах. В результате фотосинтеза и боль-шой скорости размножения они создают огромную мас-су органических веществ, которые используют для пита-ния другие организмы .

В слоевищах и между ризоидами зелёных и бурых водорослей проживает множество мелких животных: полипов, червей, моллюсков , ракообразных . Для од-них водоросли — источник питания, для других — убежище или место прикрепления. Многие рыбы (например, дальневосточная сельдь) откладывают на слоевища бурых водорослей икринки.

Геологическое значение

У кремнистых, или диатомовых, водорослей клетки имеют твёр-дую кремнезёмную оболочку. Скопления отмерших клеток этих водорослей образуют горную породу — диатомит. Помимо этого, диатомовые — важнейшие продуценты органического ве-щества.

Планктон

Водоросли — составная часть планктона. Планктон (греч. planktos — блуждающий) — совокупность орга-низмов, населяющих толщу пресноводных и морских вод оёмов и пассивно переносимых течением. Планк-тонные водоросли составляют фитопланктон — основ-ной производитель органического вещества и началь-ное звено большинства пищевых цепей в водных экосистемах. От его обилия зависит численность жи-вотных в водоёме. На состояние фитопланктона оказы-вают влияние экологические факторы : освещённость, температура, солёность воды, степень загрязнения вод.

Употребление в пищу

Среди водорослей нет ядовитых форм, поэтому люди , живущие на побережьях рек и морей, издавна используют водоросли в пищу и на корм скоту. В Китае из водорослей делают лапшу, пирожки, голубцы, их добавля-ют в муку.

Важный объект промысла для человека — крас-ные водоросли. На островах Океании, в Китае, Корее, Японии из них готовят супы, салаты, приправы. Ши-роко используют красные водоросли в пищевой про-мышленности.

Из красных водорослей получают агар — сложную смесь углеводов. Уже 20 г ага-ра в 1 л воды после остывания образу-ют плотный студень. Агар используют для изготов-ления мармелада, пастилы, нечерствеющего хлеба и незасахаривающегося варенья. Его добавляют в мороженое и желе. Материал с сайта

Лечебные свойства

Морские водоросли богаты витаминами, минераль-ными солями, йодом, поэтому они обладают лечебны-ми свойствами. Так, ламинария японская (морская капуста) используется для приготовления салатов и служит для профилактики рахита, склероза, полезна при заболеваниях кишечника. Бурые водоросли используют в медицине для изготовления препаратов, способствующих выведению радиоактивных веществ из организма.

Китайские врачи использовали водоросли в качестве лекарств более 3 тыс. лет назад. В настоящее время стало известно, что некоторые вещества, содержащиеся в крас-ных водорослях, подавляют рост вируса, вызывающего опасную болезнь — СПИД.

В микробиологических лабораториях на основе агара изготавливают твёрдые питательные среды , на которых высевают колонии микроорганизмов . Без агара работа микробиологов была бы очень сложной.

Промышленность

Агар, полученный из красных водорослей, используют в про-изводстве бумаги и тканей: он придаёт им блеск.

Водоросли являются растениями и, следовательно, осуществляют процесс фотосинтеза. В результате фотосинтеза поглощается углекислый газ и выделяется кислород, необходимый живым организмам для дыхания. Таким образом, водоросли насыщают водоемы и воздух кислородом. Поскольку их можно считать первыми растениями на Земле, в те времена они сыграли большую роль в формировании атмосферы, содержащей относительно большое количество кислорода. Это способствовало дальнейшей эволюции живых организмов.

Водоросли преимущественно обитают в пресноводных водоемах, морях и океанах. Им нужен свет для фотосинтеза, поэтому на больших глубинах они расти не могут. Но не смотря на это, все пищевые цепи в водоемах начинаются именно с водорослей. Они синтезируют большое количество органического вещества, которым питаются все пресноводные и морские животные напрямую (поедая водоросли) или косвенно (поедая других животных).

Многие пресноводные водоросли очищают водоемы от загрязнений. Это способствует сохранению водных биологических сообществ.

Наличие водорослей - необходимое условие для нормальной жизни водоёмов.

Водорослями питаются рыбы и другие водные животные. Водоросли поглощают из воды углекислый газ и, как все зелёные растения, выделяют кислород, который не только растворяется в воде (и им дышат живые организмы, обитающие в воде), но и выделяется в атмосферу.

Значение водорослей в жизни человека

Ежегодно люди употребляют в пищу несколько миллионов тонн водорослей. Преимущественно это бурые водоросли, и в первую очередь морская капуста. В ней содержится много питательных и полезных веществ, в частности соединения йода, необходимые для обеспечения нормального обмена веществ в организме человека.

Всем известные сладости пастилу или мармелад изготавливают на основе агара (или агар–агара) – желеобразного вещества. Его получают из красной водоросли филофоры, которая встречается в Черном и Азовском морях. Однако наибольшее количество агара используется в микробиологической промышленности: на его основе изготавливают искусственные питательные среды для выращивания полезных бактерий и грибов. Из водорослей, преимущественно бурых и красных, получают различные органические кислоты, спирты, витамины, красители, клейкие вещества, йод и другие лекарственные препараты.

Водоросли используют в биологическом методе очистки загрязненных вод. Для этого сточные воды предприятий отстаивают в последовательно соединенных между собой водоемах, в каждом из которых определенные организмы, в том числе различные виды водорослей, поглощают из воды вредные вещества. Например, хламидомонада способна выбирать из воды растворенные в ней органические вещества, чем способствует процессам самоочищения загрязненных водоемов.

Отмершие водоросли оседают на дне водоемов, образуя органический ил. Его широко используют в сельском хозяйстве как удобрение.

Массовое размножение одноклеточных зеленых и некоторых других водорослей вызывает «цветение воды». При этом водоемы приобретают зеленый цвет. В Украине цветение воды ежегодно происходит, например, в водохранилищах Днепровского каскада. Вместе с другими организмами, поселяясь на подводных частях кораблей, гидротехнических сооружений (например, шлюзов), многоклеточные водоросли нарушают их нормальную работу.

Из некоторых красных водорослей, обитающих в тропических морях, получают вещества, необходимые для производства высококачественного мороженого и особых сортов губной помады. В странах Южной Азии их искусственно выращивают на определенных участках морского дна.

Некоторые морские моллюски питаются водорослями: при этом хлоропласты не перевариваются, а попадают в жабры. На свету в них происходит фотосинтез, в ходе которого образуется столько кислорода, что он не только обеспечивает потребности в нем моллюска для дыхания, но и частично поступает в воду.

Ил, образованный остатками диатомовых водорослей, называется диатомитом. Его высушивают и пропитывают определенными веществами. Так получают взрывчатку – динамит, изобретенный в конце XIX века шведским инженером Нобелем. Часть прибыли от производства взрывчатки он завещал на поддержку наиболее выдающихся писателей, ученых и политиков. Так появилась широко известная Нобелевская премия.

По берегам пресных водоемов часто можно заметить скопления желто–зеленых шариков диаметром до нескольких миллиметров. Если такой шарик выкопать, осторожно отмыть от грязи и рассмотреть под микроскопом, то можно увидеть, что у него снизу имеются разветвленные бесцветные выросты – ризоиды, с помощью которых растение закрепляется в почве. Это растение называют ботридиум зернистый. Но мы не заметим отдельных клеток этого растения, так как весь шар водоросли вместе с ризоидами – это единая клетка с многочисленными ядрами. У морских видов такие многоядерные клетки могут достигать в длину нескольких десятков сантиметров.

В слани бурых водорослей содержится особое вещество. Его способность склеивать разные предметы почти в 40 раз выше, чем обычного канцелярского клея. Это вещество используют для пропитывания водонепроницаемых тканей, в производстве картона.

В водорослях содержатся различные витамины, минеральные соли, соединения йода и брома. Поэтому их постоянное использование в пищу предупреждает различные нарушения обмена веществ. В Японии водоросли – непременный компонент национальной кухни: только из ламинарии тут изготавливают свыше 500 блюд.

Красные морские водоросли рода Кораллина были обнаружены на максимальной для растений глубине – 268 м.

Мир водорослей настолько разнообразен, что невозможно найти место на нашей планете, где бы не встречались эти растения. Водоросли обитают везде: в океанах, морях, реках, озерах, на почве, скалах, деревьях. Даже в снегу и горячих источниках можно встретить эти удивительные растения.

Предлагаем вашему вниманию серию статей об экологических особенностях водорослей.

Роль водорослей в природе колоссальна. Они являются первопищей для многих организмов, в первую очередь ракообразных с фильтрационным типом питания. Рачков в свою очередь поедают рыбы. На долю водорослей приходится, по сведениям разных авторов, от 30 до 50% выделяемого растениями кислорода.

Водоросли, так же как и наземные растения, помогают нам решать проблему избыточного количества углекислого газа в атмосфере. Порой они развиваются в таких больших количествах, что окрашивают воду в различные цвета.

В третьих, водоросли очень красивые существа. К примеру, диатомовые водоросли (на микрофотографии морские центрические диатомеи) являются обширной группой одноклеточных морских и пресноводных водорослей. Обратите внимание на радиальную симметрию, которая взята за основу в систематике этой группы водорослей. Они являются пищей для криля, которым в свою очередь питаются рыбы, киты, птицы и другие морские существа.

Способность водорослей адаптироваться к разнообразным условиям уникальна. Они живут в дождевой воде с минимальным количеством солей, в соленых и сверхсоленых водоемах, на высокогорных льдах и поверхности раскаленных скал. Водоросли обнаруживаются даже в верхних слоях почвы, куда едва проникает солнечный свет. Они первыми заселяют безжизненный субстрат скал и почв, создавая условия для дальнейшего развития плодородия почв.

Водоросли, как и все растения, на свету синтезируют органические вещества. И в то же время многие их них способны жить за счет гетеротрофного питания, т.е. потреблять уже готовые органические вещества.

Благодаря широкому распространению, водоросли играют важную роль в круговороте веществ в природе. Водоросли водоемов являются основной пищей планктонных, бентосных (донных) организмов, некоторых видов рыб.

Многие виды водорослей (особенно красные и бурые) с давних пор используются человеком в пищу. Из водорослей получают агар-агар, альгинат натрия, некоторые кислоты, используемые во многих отраслях промышленности. Выброшенные на берег водоросли с давних пор используются в виде кормовых добавок в пищу сельскохозяйственным животным и птице, а после перегнивания - в качестве удобрения для растений.

Развитие промышленности требует новых источников органических и неорганических веществ. Возрастающие потребности способствуют интенсивному культивированию в морях многих видов водорослей. Человеком получены различные штаммы микроскопических водорослей, богатых белками, жирами, углеводами. Некоторые виды водорослей используются в качестве пищевых добавок для человека, в качестве корма животным и птицам. Водоросли используются для получения из них метана.

Водоросли, как и указывает название, - это растения, обитающие в воде. В ботанике термин «водоросли» применяют в более узком смысле, применительно к низшим, лишенным расчленения на стебель и листья, фотосинтезирующим растениям. Это связано с тем, что в воде обитают и высшие водные растения.

Однако значительная часть водорослей встречается и на суше: на поверхности и приповерхностном слое почвы, на скалах, стволах деревьев, постройках и даже … в волосах белых медведей, живущих в зоопарках или волосах ленивцев, обитающих во влажных лесах Южной Америки. Однако жизнь этих растений как бы то ни было связана с водой.

Эти водоросли легко переносят высыхание, промерзание и очень быстро оживают при малейшем увлажнении. Стоит появиться достаточному количеству влаги, как поверхность предметов покрывается зеленым или красным (в зависимости от видового состава) налетом.

Некоторые водоросли обитают в качестве симбионтов внутри организма некоторых животных (простейших, кораллов, червей, моллюсков и других). Есть виды водорослей встречающихся во льдах (на нижней или верхней поверхности) и горячих источниках. Так что термин «водоросли» представляет собой скорее экологическое понятие, означая жизненную форму растительных организмов, объединенных в одну группу образом жизни.

Цветов и семян у водорослей нет. Тело водорослей - слоевище или таллом (от греч. «таллос» - молодая ветка, побег) - по своему строению значительно проще, чем у мхов, папоротников и других наземных растений, часто отсутствует дифференциация клеток на ткани. Споры - органы размножения водорослей, как правило, лишены твердой оболочки. Клеточная стенка водорослей состоит из целлюлозы, пектиновых веществ, кремнийорганических соединений (у диатомовых водорослей), альгина и фуцина (бурые водоросли). В качестве запасных веществ представлены крахмал, гликоген, полисахариды, липиды.

На основании различий в строении клетки (ядерного аппарата, набора пигментов, клеточной оболочки, запасных веществ и других) различают прокариотические и эукариотические водоросли.

У прокариотов (от лат. «про» - перед, раньше, вместо и греч. «карион» - ядро) клетки не имеют ограниченного мембраной ядра. К ним относятся все бактерии и синезеленые водоросли (или же Cyanobacteria - цианобактерии). У эукариотов (от греч. «эу» - хорошо, полностью и «карион» - ядро) клетки содержат оформленное ядро. К эукариотам относятся все высшие животные и растения, а также одноклеточные и многоклеточные водоросли, грибы и простейшие.

Водоросли объединены в отделы, названия которых в основном совпадают с характером их окраски, а у некоторых - и с особенностями строения.

Прокариотические водоросли (Procaryota):

1. Синезеленые водоросли (Cyanophyta);

2. Прокариотические (первичные) зеленые водоросли (Prochlorophyta).

Эукариотические водоросли (Eukaryota):

1. Эвгленовые водоросли (Euglenophyta);

2. Динофитовые водоросли (Dinophyta);

3. Криптофитовые водоросли (Cryptophyta);

4. Рафидофитовые водоросли (Raphidophyta);

5. Золотистые водоросли (Chrysophyta);

6. Диатомовые водоросли (Bacillariophyta);

7. Желтозеленые водоросли (Xanthophyta);

8. Красные водоросли (Rhodophyta);

9. Бурые водоросли (Phaeophyta);

10. Зеленые водоросли (Chlorophyta);

11. Харовые водоросли (Charophyta).

Необходимо отметить, что систематика водорослей полностью не устоялась, поэтому некоторые исследователи используют иную систематику, немного отличающуюся от приведенной выше.

Несмотря на то, что история изучения водорослей насчитывает несколько столетий, среди специалистов все еще нет единого мнения относительно положения их в общей классификации. Это в первую очередь относится к синезеленым, а также ко всем тем водорослям, которые снабжены органами движения - жгутиками (почти все Euglenophyta, большая часть Dinophyta, отдельные классы Xanthophyta, Chlorophyta).

Синезеленые и прокариотические зеленые водоросли относят к прокариотам (т.е. к неядерным организмам), так как их клетки лишены оформленного ядра.

Отдел прокариотические (первичные) зеленые водоросли выделен в отдельную группу совсем недавно - в 1976 году - после описания одного рода Prochloron и одного входящего в него вида Р. didemni (Lewin.). Эта группа водорослей занимает промежуточное положение между прокариотами - бактериями и cинезелеными водорослями, с одной стороны, и эукариотами (ядерными организмами) - зелеными водорослями, с другой. С бактериями их роднит отсутствие оформленного ядра, с синезелеными - отсутствие ядра и способность к фотосинтезу, с зелеными - наличие хлорофилла «b». Разными исследователями вопрос о систематической определенности этой малочисленной группы водорослей решается по-разному, в зависимости от взятого за основу критерия.

В последнее время синезеленые водоросли Cyanophyta стали относить к бактериальным, а не к растительным организмам по ряду признаков (в ботанической литературе чаще всего используется термин «синезеленые водоросли», а в микробиологической - «цианобактерии»). У Cyanophyta, в отличие от эукариот, нет оформленного ядра, что сближает их с другими прокариотами, основу клеточных стенок составляет гликопептид муреин, половой процесс или отсутствует, или протекает по типу коньюгации, то есть слияния протопластов двух вегетативных клеток.

Жгутиковые формы имеют признаки, как растений, так и животных, что послужило поводом для объединения их всех в общую систематическую группу «жгутиковых организмов» и включения их в систему животного мира. В отличие от животных-жгутиконосцев, водоросли имеют хлорофилл и хроматофоры (от греч. «хрома» - цвет, «форео» - несу). Однако в темноте они могут утрачивать пигменты, становятся бесцветными и существуют за счет поглощения растворенных в воде органических веществ. Некоторые виды одноклеточных водорослей (из Dinophyta) способны, подобно простейшим, захватывать органические частицы.

Наука, изучающая водоросли, - альгология (от лат. «альга» - водоросли, «логос» - наука) - рассматривает вопросы систематики, морфологии, физиологии, экологии водорослей и их практическое значение. Альгология является одним из разделов ботаники, тесно связана с микробиологией и гидробиологией.

При реализации проекта использованы средства государственной поддержки, выделенные в качестве гранта в соответствии c распоряжением Президента Российской Федерации от 29.03.2013 № 115-рп») и на основании конкурса, проведенного Обществом «Знание» России.

Материал подготовлен к 90-летию кафедры гидробиологии МГУ.

А.П.Садчиков,

профессор МГУ имени М.В.Ломоносова, вице-президент Московского общества испытателей природы

Водоросли - планктонные и бентосные, наземные и почвенные - играют большое значение в природе и жизни человека. Вместе с другими водными растениями они вырабатывают около 80% всей массы органических веществ, образующихся на Земле. Среди них наиболее продуктивны планктонные благодаря своей способности быстро размножаться.

Наземные водоросли часто выступают в роли пионеров растительности, поселяясь на бесплодных участках суши: скалах и песках. В симбиозе с грибами водоросли образуют своеобразные организмы - лишайники.

Водоросли - одни из древнейших организмов, населяющих нашу планету. От них произошли наземные растения. Обогатив атмосферу кислородом, они обусловили возможность существования разнообразного мира животных и способствовали развитию аэробных бактерий.

Благодаря деятельности водорослей в атмосфере появился озоновый экран, защищающий Землю от радиационного излучения. Органические вещества, создаваемые водорослями в процессе фотосинтеза, стали пищей бактерий и животных, в частности, рыб.

Водоросли принимают участие в круговороте веществ в природе, в улучшении газового режима водоемов и в образовании отложений сапропеля (органического ила).

Заросли крупных водорослей служат для укрытия и размножения многих прибрежных животных и мелких водорослей.

Из водорослей образовались мощные толщи горных пород:

• В меловых породах 95% обломков оболочек некоторых золотистых водорослей;
• диатомиты на 50-80% состоят из панцирей диатомовых водорослей.

Значительная роль водорослей в формировании рифов в морях и океанах. Так, в рифах островов Фиджи в Тихом океане водорослей почти в 3 раза больше, чем кораллов.

Значение водорослей в жизни человека

Водоросли находят широкое применение в жизни человека. Многие из них человек издавна использовал в пищу (ламинария, порфира), на корм скоту, в качестве удобрений.

Диатомиты находят применение в пищевой, химической, фармацевтической промышленностях, строительстве.

Бурые водоросли являются сырьем для получения альгинатов (солей альгиновой кислоты), которые применяются в самых различных отраслях. Так, альгинат натрия дает клей, который используется в текстильном производстве, для проклеивания бумаги, скрепления цемента. Пленки из альгината натрия, нанесенные на бетонные сооружения, металлы, станки, древесину, защищают их от коррозии, гниения, разрушения.

Из красных водорослей (филофора) получают агар, используемый в микробиологии и кондитерской промышленности. Из зеленых (кладофора, ризоклониум) делают бумагу.

Некоторые виды водорослей обладают целебными свойствами и применяются в медицине (ламинарии, лечебные грязи с синезелеными водорослями, получение йода).

Многие водоросли являются биоиндикаторами при санитарно-биологической оценке вод либо выполняют функцию активных санитаров загрязненных водоемов.

В ряде стран водоросли выращивают в искусственных водоемах для индустриального производства органического вещества.

Вместе с тем водоросли могут играть и отрицательную роль. Так, при массовом размножении в водоемах они вызывают «цветение» воды, приводя ее в негодность, загрязняют насосные станции и водопроводы, некоторые виды обрастают днища судов, буи, ухудшая их эксплуатацию.