 |
Отдел Бурые водоросли (Phaeophyta)
|
|
|
|
Насчитывает около 1500 видов.
Жизненные формы: преобладающее большинство многоклеточные, преимущественно крупные морские водоросли с относительно дифференцированным талломом, встречаются также нитчатые формы. Ни одноклеточные, ни колониальные формы среди них неизвестны.
Экология
Это преимущественно бентосные водоросли, предпочитающие прибрежные зоны северных морей. Встречаются планктонные формы, например, водоросли рода Саргассум.
Строение клетки
Клетки бурых водорослей содержат одно ядро, вакуоли и пристенные хлоропласты различной формы, которые, помимо собственной оболочки, окружены сложной системой мембран, находящейся в прямой связи с оболочкой ядра – «хлоропластной эндоплазматической сетью». Пиреноиды мелкие, заметны только под электронным микроскопом.
Стенка клеток бурых водорослей состоит из альгулезы, которая по свойствам отличается от целлюлозы высших растений. Кнаружи от целлюлозной стенки располагается сильно ослизняющийся пектиновый слой, образованный в основном альгиновой кислотой и ее солями и соединениями с белковыми веществами. Альгиновая кислота – линейный гетерополисахарид – также обнаружена только у бурых водорослей.
Окраска водорослей этого отдела обусловлена наличием большого количества бурых и желтых пигментов – помимо хлорофиллов а, с и бэта-каротина в их хроматофорах имеется избыток бурых ксантофиллов, особенно фукоксантина.
Запасные вещества бурых водорослей – полисахарид ламинарин (откладывается в цитоплазме), маннит (сахароспирт) и жиры.
Размножение бурых водорослей
Вегетативное размножение у этих водорослей осуществляется участками таллома. У некоторых видов для этого имеются так называемые выводковые почки (специализированные веточки), легко отламывающиеся и вырастающие в новые талломы.
|
|
|
У всех бурых водорослей (за исключением представителей порядка фукусовых) диплоидно-гаплоидный тип жизненного цикла, т.е. наблюдается чередование поколений. При этом образуются как споры, так и зооспоры.
Половой процесс у бурых водорослей может быть изогамным, гетерогамным или оогамным. Подвижные клетки представителей этого отдела (как зооспоры, так и гаметы) имеют грушевидную форму и два жгутика, прикрепленные сбоку. Один жгутик перистый и направлен вперед, другой – задний – гладкий.
Разные типы жизненного цикла положены в основу деления отдела бурых водорослей на три класса: Изогенератные, характеризующиеся изоморфной сменой поколений, Гетерогенератные, включающие виды с гетероморфной сменой генераций, и Циклоспоровые – с одним порядком фукусовые, у которых смена генераций отсутствует.
К классу Изогенератные относится диктиота, крупная лентовидная водоросль с дихотомическим ветвлением. Гаметофит и спорофит этой водоросли не различаются по внешнему виду. У бесполого поколения образуются безжгутиковые тетраспоры, которые прорастают в женский или мужской гаметофит, которые внешне также не различаются.
Ламинария, более известная как морская капуста, имеет гетероморфную смену поколений. Спорофит ламинарии крупный, относительно дифференцированный. В его талломе можно выделить ризоиды, с помощью которых он прикрепляется к субстрату, «стеблевую» часть и «листовую». Листья ламинарии очень длинные, могут достигать 50 м, меняются ежегодно. Листья могут отрываться морским течением и прорастать в новую особь, но на ней никогда не развиваются спорангии. В нитевидных зооспорангиях спорофита образуются зооспоры с двумя жгутиками. Из зооспор развиваются мелкие (иногда из нескольких клеток) раздельнополые гаметофиты.
|
|
|
Для фукусовых характерно дихотомическое ветвление, а также наличие пневматофоров. Пневматофоры – воздухоносные полости, благодаря которым таллом водоросли поддерживается в вертикальном положении. Оогонии и антеридии формируются в специфических образованиях – скафидиях.
Значение бурых водорослей
Бурые водоросли – основной источник органического вещества в прибрежной зоне морей. Заросли бурых водорослей создают условия для питания и размножения множеству прибрежных животных и других водорослей.
Широко используются бурые водоросли и человеком. Они богаты йодом и другими микроэлементами. Народы Юго-Восточной Азии традиционно используют их в пищу, особенно представителей порядка ламинариевых, из которых готовят множество самых разнообразных блюд. Кормовая мука, приготавливаемая из бурых водорослей, повышает продуктивность скота, при этом в сельскохозяйственных продуктах (яйца, молоко) увеличивается содержание йода.
Из бурых водорослей получают также широко применяемые в различных отраслях промышленности соли альгиновой кислоты - альгинаты. Наибольшее применение находит водорастворимый альгинат натрия, способный к образованию вязких растворов. Его широко используют для стабилизации разнообразных растворов и суспензий. Добавление небольшого количества альгината натрия в пищевые продукты – консервы, мороженое – повышает их качество. Альгинаты используют также при производстве пластмасс, синтетических волокон, лакокрасочных покрытий и строительных материалов, устойчивых к атмосферным воздействиям. Их применяют при изготовлении высококачественных смазочных материалов для машин, растворимых хирургических нитей, мазей и пасты в фармацевтической и парфюмерной промышленности. В литейном производстве альгинаты улучшают качество формовочной земли; применяются в производстве электродов для электросварки, позволяющих получать более высококачественные сварные швы.
Другое важное вещество, получаемое из бурых водорослей, – шестиатомный спирт маннит. Он применяется в фармацевтической промышленности для изготовления таблеток, приготовления диабетических пищевых продуктов, в производстве синтетических смол, красок, бумаги, взрывчатых веществ, при выделке кож.
|
|
|
Экология и значение
Бурые водоросли широко распространены во всех морях нашей планеты, наибольшего развития достигая в морях умеренных и приполярных широт. В тропиках массовое развитие бурых водорослей приурочено к зимним месяцам, когда понижается температура воды. В морях умеренных и приполярных широт бурный рост их талломов начинается весной, и наибольшего развития они достигают в летние месяцы. Наиболее густые заросли бурых водорослей формируются в верхней сублиторали до глубины 15 м, хотя встречаются от литоральной зоны и до глубины 40-120-200 м. На такую глубину, например в западной части Средиземного моря, проходит только 0,6% света по отношению к поверхности воды. Ламинариевые могут формировать гигантские подводные леса, такие, например, как вдоль тихоокеанского побережья Северной Америки. Прикрепляются бурые водоросли к различным субстратам - скалам, камням, гравию, раковинам моллюсков, другим водорослям. Некоторые небольшие бурые водоросли живут внутри тканей других водорослей как эндофиты.
В пресных водах встречаются только 8 видов, относящихся к родам Heribaudiella, Ectocarpus, Sphacelaria, Pseudobodanella, Lithoderma, Pleurocladia и Porterinema. Возможно, H. fluviatilis - обычный компонент речной флоры, но из-за незнания этой группы часто остаётся в пробах незамеченным.
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.
Бурые водоросли используют в пищу, на корм скоту, как удобрения, для производства альгинатов и маннита. Ежегодный сбор Laminaria и близких к ней водорослей достигает 2 млн т. сырой массы, более миллиона тонн даёт производство её марикультуры в Китае.
Альгинаты - нетоксичные соединения, обладающие коллоидными свойствами, поэтому они широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности. Альгиновая кислота и её соли способны к 200-300-кратному поглощению воды, образуя гели, для которых характерна высокая кислотноустойчивость. В пищевой промышленности они используются в качестве эмульгаторов, стабилизаторов, желирующих и влагоудерживающих компонентов. Например, сухой порошковый альгинат натрия используют в производстве порошкообразных и брикетированных растворимых продуктов (кофе, чай, сухое молоко, кисели и др.) для их быстрого растворения. Водные растворы альгинатов используют для замораживания мясных и рыбных продуктов. В мире в пищевую промышленность идёт порядка 30% получаемых альгинатов.
|
|
|
В текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности альгинаты используют для загущения красок и усиления прочности их связи с основой. Пропитка тканей некоторыми солями альгиновой кислоты придаёт им водонепроницаемость, кислотоустойчивость и увеличивает механическую прочность. Ряд солей альгиновых кислот используют для получения искусственного шёлка. Во время Второй мировой войны в США и Англии из альгиновой кислоты и её солей производилось большое количество маскировочной ткани и сетей для жилых и промышленных зданий. Альгинаты применяются в металлургии как компонент формовочной земли, в радиоэлектронике - как связующий агент при изготовлении высококачественных ферритов, а также в горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности.
В фармацевтической промышленности альгинаты используются для покрытия таблеток, пилюль, в качестве компонентных основ для различных мазей и паст, как гели-носители лекарственных препаратов. В медицине альгинат кальция используют как кровеостанавливающее средство, как сорбент, способствующий выведению радионуклидов (в том числе стронция).
В Северной Америке для получения альгинатов собирают Macrocystis и Nereocystis, на европейском побережье используют виды Laminaria и Ascophyllum. К концу двадцатого столетия ежегодное производство альгинатов в мире достигло 21 500 т: 12 800 т в Европе, 6 700 - в Северной Америке, 1 900 - в Японии и Корее, 100 - в Латинской Америке. В России в 1990 г. было получено всего 32 т пищевого альгината натрия.
Фукоиданы - эффективные антикоагулянты, даже более активные, чем гепарин. Перспективным считается их использование для получения противоопухолевых препаратов и антивирусных соединений. Даже в очень низких концентрациях они могут ингибировать прикрепление вирусов к поверхности клеток. Фукоиданы способны образовывать исключительно прочные и вязкие слизи, что находит применение в получении стабильных эмульсий и суспензий.
|
|
|
Маннит используют как заменитель сахара для больных диабетом. Кроме того, он может быть использован в качестве плазмозаменителя при консервации крови.
Клетки многих бурых водорослей накапливают йод. Его содержание может достигать 0,03%-0,3% от свежей массы водорослей, в то время как его содержание в морской воде достигает только 0,000005% (0,05 мг на литр воды). До 40-х гг. XX в. бурые водоросли использовали для добычи йода.
Энергетический кризис, который охватил в последние годы многие страны мира,привёл к необходимости поиска новых нетрадиционных источников энергии. Так, в США с этой целью изучается возможность разведения водоросли Macrocystis pyrifera с последующей переработкой в метан. Подсчитано, что с площади 400 квадратных километров, занятых этой водорослью, можно получить 620 млн кубических метров метана.
В последние годы бурые водоросли привлекают внимание в связи со способностью выделять в атмосферу органические бромиды (бромоформ, дибромохлорметан и дибромометан). Ежегодный выброс водорослями органических бромидов достигает 10 000 тонн, что сравнимо с образоваием этих веществ промышленностью. Существует мнение о связи выделения органических бромидов с разрушением озона в атмосфере Арктики.
|
|
|
