Диатомовые водоросли: примеры и виды организмов, их среда обитания, размножение

Диатомовые водоросли: виды, способы размножения и фото

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.

размножение диатомовых водорослей

Деление. Чаще всего диатомей 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.

Читайте также:  Черная борода в аквариуме: причины появления, методы борьбы с водорослью, химические и биологические средства

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. Согласно 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 диатомей, а также некоторые пресноводные виды. У представителей многих родов они возникают периодически как обычное явление в жизненном цикле.

Диатомовые водоросли, классификация, питание, размножение

диатомовые (Диатома) представляют собой группу микроводорослей, преимущественно водных и одноклеточных. Они могут иметь свободную жизнь (например, plantónicas) или образовывать колонии (например, те, которые состоят из бентоса). Они характеризуются тем, что имеют космополитическое распределение; то есть их можно найти по всей планете.

Вместе с другими группами микроводорослей они являются частью крупных выходов фитопланктона, которые существуют в тропических, субтропических, арктических и антарктических водах. Его происхождение восходит к юрскому периоду и сегодня представляет собой одну из самых больших групп микроводорослей, известных человеку, с более чем ста тысячами видов, описанных между живым и вымершим.

Экологически они являются важной частью трофических сетей многих биологических систем. Диатомовые отложения являются очень важным источником органического материала, накопленного на морском дне.

После долгих процессов седиментации, давления органического вещества и миллионов лет эти отложения стали нефтью, которая движет большую часть нашей нынешней цивилизации.

В древние времена море покрывало участки земли, которые в настоящее время появляются; в некоторых из этих областей были залежи диатомовых водорослей, которые известны как диатомовая земля. Диатомовая земля имеет многократное использование в пищевой промышленности, строительстве и даже в фармацевтике..

  • 1 Характеристики
    • 1.1 Форма
  • 2 Таксономия и классификация
    • 2.1 Традиционная классификация
    • 2.2 Недавняя классификация
  • 3 Питание
    • 3.1 Хлорофилл
    • 3.2 Каротиноиды
  • 4 Репродукция
    • 4.1 Бесполое
    • 4.2 Сексуальный
  • 5 Экология
    • 5.1 Цветение
  • 6 приложений
    • 6.1 Палеоокеанография
    • 6.2 Биостратиграфия
    • 6.3 Диатомовая земля
    • 6.4 Криминалистика
    • 6.5 Нанотехнология
  • 7 ссылок

черты

Это эукариотические и фотосинтезирующие организмы с диплоидной клеточной фазой. Все виды этих микроводорослей одноклеточные, с формами свободной жизни. В некоторых случаях они образуют колонии (кокос), длинные цепи, вееры и спирали.

Фундаментальная особенность диатомовых водорослей заключается в том, что они представляют собой фрубула. Резинка представляет собой клеточную стенку, состоящую в основном из диоксида кремния, которая заключает ячейку в структуру, похожую на коробку или чашку Петри..

Верхняя часть этой капсулы называется epiteca, а нижняя часть называется закладной. Фрукулы различаются по орнаменту, в зависимости от вида.

форма

Форма диатомовых водорослей изменчива и имеет таксономическое значение. Некоторые из них имеют излучаемую симметрию (в центре), а другие могут иметь разные формы, но они всегда симметричны (пенни).

Диатомовые водоросли широко распространены по всем водоемам планеты. Они в основном морские; однако некоторые виды были обнаружены в пресноводных водоемах, прудах и влажной среде.

Эти автотрофные организмы содержат хлорофилл а, с1 и с2 и содержат пигменты, такие как диатоксантин, диадиноксантин, β-каротин и фукоксантин. Эти пигменты дают им золотую окраску, которая позволяет им лучше захватывать солнечный свет.

Таксономия и классификация

В настоящее время таксономическое упорядочение диатомовых водорослей является спорным и подлежит пересмотру. Большинство систематиков и таксономистов находят эту большую группу микроводорослей в пределах раздела Heterokontophyta (иногда как Bacillariophyta). Другие исследователи классифицируют их как тип и даже как более высокие таксоны.

Традиционная классификация

Согласно классическому таксономическому порядку, диатомовые водоросли находятся в классе Bacillariophyceae (также называемый Diatomophyceae). Этот класс делится на два ордена: Центральный и Пенналес.

центральный

Это диатомовые водоросли, чья резинка дает им радиальную симметрию. У некоторых видов есть колючие орнаменты, и на их поверхности нет трещины, называемой рафой..

Этот заказ состоит как минимум из двух подзаказов (в зависимости от автора) и как минимум из пяти семейств. Они в основном морские; однако есть представители их в водоемах с пресной водой.

Pennales

Эти диатомовые водоросли имеют удлиненную, овальную и / или линейную форму с двусторонней биполярной симметрией. У них есть орнаменты в полосе пунктирных полос, а у некоторых – по продольной оси.

В зависимости от таксономиста этот порядок состоит как минимум из двух подзаказов и семи семейств. Они в основном пресноводные, хотя виды также были описаны в морской среде.

Недавняя классификация

Выше приведена классическая таксономическая классификация и упорядочение диатомовых порядков; Это наиболее часто используемый способ их различения. Тем не менее, многие таксономические договоренности возникли с течением времени.

В 90-х годах ученые Раунда и Кроуфорда представили новую таксономическую классификацию, состоящую из 3 классов: Coscinodiscophyceae, Bacillariophyceae и Fragilariophyceae..

Coscinodiscophyceae

Ранее они входили в состав диатомей центрального ордена. В настоящее время этот класс представлен по меньшей мере 22 отрядами и 1174 видами..

Bacillariophyceae

Это диатомеи двухсторонней симметрии с рафом. Члены этого класса ранее сформировали орден Пеннале.

Позже они были разделены на диатомовые с рафом и без него (очень обобщенно). Известно, что этот класс микроводорослей представлен 11 отрядами и около 12 тысячами видов..

Fragilariophyceae

Это класс диатомовых водорослей, члены которого ранее также были частью ордена Pennales. Эти микроводоросли имеют двухстороннюю симметрию, но не имеют хищника. и они представлены 12 орденами и около 898 видов.

Некоторые таксономисты не считают этот таксон действительным и считают Fragilariophyceae подклассом в классе Bacillariophyceae..

питание

Диатомовые водоросли являются фотосинтезирующими организмами: они используют световую энергию (солнечную) для преобразования ее в органические соединения. Эти органические соединения необходимы для удовлетворения ваших биологических и метаболических потребностей.

Чтобы синтезировать эти органические соединения, диатомовые водоросли нуждаются в питательных веществах; Эти питательные вещества в основном азот, фосфор и кремний. Этот последний элемент функционирует как ограничивающее питательное вещество, потому что он необходим для формирования резинки.

Для процесса фотосинтеза эти микроорганизмы используют пигменты, такие как хлорофилл и каротиноды.

хлорофилл

Хлорофилл – это зеленый фотосинтетический пигмент, который находится в хлоропластах. В диатомовых водорослях известны только два типа: хлорофилл а (Хл а) и хлорофилл с (Хл с).

Chla имеет первичное участие в процессе фотосинтеза; вместо этого Chl c является вспомогательным пигментом. Наиболее распространенными Хл с в диатомовых водорослях являются с1 и с2.

каротиноиды

Каротиноиды представляют собой группу пигментов, принадлежащих к семейству изопреноидов. В диатомеях было идентифицировано как минимум семь типов каротиноидов..

Как и хлорофиллы, они помогают диатомовым водорослям захватывать свет, превращая его в органические пищевые соединения для клетки..

воспроизведение

Диатомовые водоросли размножаются бесполым и половым путем через митоз и мейоз соответственно.

бесполый

Каждая материнская клетка подвергается процессу митотического деления. Продукт митоза, генетический материал, ядро ​​клетки и цитоплазма продублированы, чтобы создать две дочерние клетки, идентичные материнской клетке..

Читайте также:  Плавниковая гниль в общем аквариуме: причины появления и симптоматика, способы лечения

Каждая вновь созданная клетка берет в качестве epiteca листок стволовой клетки, а затем строит или формирует свою собственную закладную. Этот репродуктивный процесс может происходить от одного до восьми раз в течение 24 часов, в зависимости от вида.

Поскольку каждая дочерняя ячейка будет формировать новую закладную, та, которая унаследовала заклад матери, будет меньше, чем ее сестра. Поскольку процесс митоза повторяется, уменьшение дочерних клеток происходит постепенно, пока не будет достигнут устойчивый минимум..

половой

Процесс полового размножения клетки заключается в делении диплоидной клетки (с двумя наборами хромосом) на гаплоидные клетки. Гаплоидные клетки имеют половину генетической нагрузки клетки-предшественника.

Как только диатомовые водоросли достигают минимального размера, начинается тип полового размножения, которому предшествует мейоз. Этот мейоз дает начало гаплоидным и голым или атетическим гаметам; сплетение гамет образует споры, называемые ауксоспорами.

Ауксоспоры позволяют диатомовым водорослям восстанавливать диплоидность и максимальный размер вида. Они также позволяют диатомовым водорослям переживать времена, условия окружающей среды которых неблагоприятны.

Эти споры очень устойчивы и будут расти и образовывать свои соответствующие складки только при благоприятных условиях.

экология

Диатомовые водоросли имеют клеточную стенку, богатую оксидом кремния, обычно называемым кремнеземом. Из-за этого его рост ограничен доступностью этого соединения в окружающей среде, где они развиваются..

Как уже упоминалось выше, эти микроводоросли являются космополитическими по распространению. Они присутствуют в водоемах с пресной, морской и даже в средах с низкой водообеспеченностью или с определенной степенью влажности.

В толще воды они в основном обитают в пелагической зоне (открытая вода), а некоторые виды образуют колонии и населяют донные субстраты..

Как правило, популяции диатомовых водорослей не имеют постоянного размера: их количество сильно варьируется с определенной периодичностью. Эта периодичность связана с доступностью питательных веществ, а также зависит от других физико-химических факторов, таких как pH, соленость, ветер и свет, среди прочих..

цветение

Когда условия оптимальны для развития и роста диатомовых водорослей, возникает явление, называемое цветением или обнажением.

Во время обнажения популяции диатомовых водорослей могут доминировать в структуре сообществ фитопланктона, а некоторые виды участвуют в ядовитых цветениях водорослей или красных приливах..

Диатомовые водоросли способны продуцировать вредные вещества, среди них домовая кислота. Эти токсины могут накапливаться в трофических цепях и могут в конечном итоге повлиять на человека. Интоксикация у людей может вызвать от обморока и проблем с памятью до комы или даже смерти.

Считается, что существует более 100 тысяч видов диатомовых водорослей (некоторые авторы считают, что их более 200 тысяч) между живым (более 20 тысяч) и вымершим.

Их популяции составляют около 45% первичной продукции океанов. Кроме того, эти микроорганизмы имеют важное значение в океаническом цикле кремния из-за их содержания кремнезема в фрустуле.

приложений

paleoceanography

Компонент кремнезема в бороздке диатомита делает их очень интересными в палеонтологии. Эти микроводоросли занимают очень специфические и разнообразные среды примерно с мелового периода.

Окаменелости этих водорослей помогают ученым восстановить географическое распределение морей и континентов в геологические времена.

биостратиграфия

Окаменелости диатомей, обнаруженные в морских отложениях, позволяют исследователям узнать о различных изменениях окружающей среды, которые произошли с доисторических времен до сегодняшнего дня..

Эти окаменелости позволяют установить относительный возраст страт, в которых они находятся, а также служат для связи страт разных местностей.

Диатомовая земля

Он известен как диатомовая земля с большими отложениями окаменелых микроводорослей, которые находятся в основном на материке. Наиболее важные месторождения этих земель находятся в Ливии, Ирландии и Дании.

Его также называют диатомитом, и это материал, богатый кремнеземом, минералами и микроэлементами, который имеет много применений. Среди наиболее известных применений:

сельское хозяйство

Он используется в качестве инсектицида в сельскохозяйственных культурах; Он распространяется на растения как своего рода солнцезащитный крем. Он также широко используется в качестве удобрения.

аквакультура

В разведении креветок кизельгур используется в производстве продуктов питания. Было показано, что эта добавка улучшает рост и усвоение коммерческой пищи.

В культурах микроводорослей используется в качестве фильтра в системе аэрации и в песочных фильтрах..

Молекулярная биология

Диатомовая земля использовалась для извлечения и очистки ДНК; для этого его используют в сочетании с веществами, способными нарушить молекулярную структуру воды. Примерами этих веществ являются гидрохлорид гуанидина и тиоцианат.

Еда и напитки

Он используется для фильтрации при производстве различных видов напитков, таких как вина, пиво и натуральные соки. После сбора определенных продуктов, таких как зерно, они купаются в диатомовой земле, чтобы предотвратить нападения долгоносиков и других вредителей..

Pet

Он входит в состав санитарно-гигиенических компонентов (галька), которые обычно используются в коробках для кошек и других домашних животных..

ветеринарный

В некоторых местах он используется в качестве эффективного рубца для ран животных. Он также используется в борьбе с членистоногими эктопаразитов у домашних и сельскохозяйственных животных.

картины

Используется как герметик или эмаль.

окружающая среда

Кизельгур используется для восстановления территорий, загрязненных тяжелыми металлами. Среди его применений в этом контексте тот факт, что он восстанавливает деградированные почвы и снижает токсичность алюминия в подкисленных почвах..

Криминалистика

В случаях смерти от погружения (утопления) одним из анализов является наличие диатомей в телах жертв. Благодаря составу кремнеземного скелета диатомовых водорослей они остаются в организме, даже если обнаруживаются с некоторой степенью разложения..

Ученые используют этот вид, чтобы выяснить, произошел ли инцидент, например, на болоте, в море или в озере; Это возможно, потому что диатомовые водоросли имеют определенную степень специфичности для окружающей среды. Многие случаи убийства были раскрыты благодаря наличию диатомей в телах жертв.

нанотехнологии

Использование диатомовых в нанотехнологии все еще находится на начальной стадии. Тем не менее, исследования и использование в этой области становятся все более частыми. Испытания в настоящее время используются для преобразования кремниевых трещин в кремний и производства с этими электрическими компонентами.

Существует много ожиданий и потенциальных применений диатомей в нанотехнологиях. Исследования показывают, что они могут быть использованы для генетических манипуляций, для создания сложных электронных микрокомпонентов и в качестве фотоэлектрических биоэлементов.

Водоросли [Algae]

Водоросли ( Algae ) — это протисты, способные к фотосинтезу.

К водорослям относятся одноклеточные и мно­гоклеточные организмы, способные осуществлять фотосин­тез, т. к. в их клетках содержатся хлоропласты. Водоросли имеют разные форму и размеры. Они живут преимуществен­но в воде до глубин, куда проникает свет.

Среди водорослей встречаются как микроскопически ма­лые, так и гигантские, достигающие длины свыше 100 м (на­пример, длина бурой водоросли макроцистиса грушевидного 60-200 м).

Строение водорослей

В клетках водорослей содержатся специальные органо­иды — хлоропласты, которые осуществляют фотосинтез. У разных видов они имеют различную форму и размеры. Не­обходимые для фотосинтеза минеральные соли и углекислый газ водоросли поглощают из воды всей поверхностью тела и выделяют в окружающую среду кислород.

В пресноводных и морских водоемах широко распростра­нены многоклеточные водоросли. Тело мно­гоклеточных водорослей называется слоевищем. Отличи­тельная черта слоевища — сходство строения клеток и от­сутствие органов. Все клетки слоевища устроены поч­ти одинаково, и все части тела выполняют одинаковые функции.

Размножение водорослей

Размножаются водоросли бесполым и половым способа­ми.

Бесполое размножение

Одноклеточные водоросли размножаются, как правило, делением. Бесполое размножение водорослей осуществляется также посредством специальных клеток — спор, покры­тых оболочкой. Споры многих видов имеют жгутики и спо­собны самостоятельно передвигаться.

Половое размножение

Для водорослей характерно и половое размножение. В процессе полового размножения участвуют две особи, каждая из которых передает свои хромосомы потомку. У одних видов эта передача осуществляет­ся при слиянии содержимо­го обычных клеток, у дру­гих слипаются специальные половые клетки — гаметы.

Среда обитания водорослей

Водоросли живут преимущественно в воде, заселяя мно­гочисленные морские и пресноводные водоемы, как крупные, так и небольшие, временные, как глубокие, так и мелкие.

Водоросли населяют водоемы лишь на тех глубинах, на которые проникает солнечный свет. Немногие виды водорос­лей обитают на камнях, коре деревьев, почве. Для обитания в воде водоросли имеют ряд при­способлений.

Приспособление к среде обитания

Для орга­низмов, обитающих в океанах, морях, реках и других водо­емах, вода является средой обитания. Условия этой среды заметно отличаются от наземных условий. Для водоемов ха­рактерны постепенное ослабление освещенности по мере по­гружения на глубину, колебания температуры и солености, низкое содержание кислорода в воде — в 30-35 раз меньше, чем в воздухе. Кроме того, для морских водорослей большую опасность представляет движение воды, особенно в прибреж­ной (приливно-отливной) зоне. Здесь водоросли подвергают­ся воздействию таких мощных факторов, как прибой и уда­ры волн, отливы, приливы (рис. 39).

Выживание водорослей в таких жестких условиях водной среды возможно благодаря специальным приспособлениям.

    При недостатке влаги оболочки клеток водорослей зна­чительно утолщаются и пропитываются неорганическими и органическими веществами. Это защищает организм водорос­лей от высыхания в период отлива.

Классификация водорослей

  • Царство Бактерии
    • Подцарство Цианобактерии
      • Отдел Сине-зелёные водоросли
  • Эукариоты, или Ядерные
    • Надцарство Архепластиды
      • Царство Глаукофиты
      • Царство Красные водоросли
      • Царство Зеленые водоросли
      • Царство Харовые водоросли
    • Надцарство Экскаваты
      • Царство Дискобы
        • Тип Эвгленозои
          • Класс Эвгленовые
    • Надцарство Ризарии
      • Царство Церкозои
        • Тип Хлорарахниофитовые водоросли
    • Надцарство Страменопилы
      • Царство Охрофитовые водоросли
        • Тип Диатомовые водоросли
        • Тип Желто-зеленые водоросли
        • Тип Бурые водоросли
        • Тип Золотистые водоросли
    • Надцарство Альвеоляты
      • Царство Динофлагелляты
    • Система Хакробии
      • Царство Криптофитовые водоросли
      • Царство Гаптофитовые водоросли

    Материал с сайта http://wiki-med.com

Представители водорослей

Бурые водоросли

Ламинария

В морях обитают водоросли, имеющие желто-бурую окраску. Это бурые водорос­ли. Их окраска обусловлена высоким со­держанием в клетках особых пигментов.

Тело бурых водорослей имеет вид ни­тей или пластин. Типичный предста­витель бурых водорослей — ламинария (рис. 38). Она имеет пластинча­тое тело длиной до 10-15 м, которое с помощью ризоидов прикрепляет­ся к субстрату. Размножается лами­нария бесполым и половым спо­собами.

Фукус

На мелководье густые заросли обра­зует фукус. Его тело более расчленен­ное, чем у ламинарии. В верхней ча­сти слоевища имеются специальные пузырьки с воздухом, благодаря чему тело фукуса удерживается на поверх­ности воды.

Диатомовые водоросли

Отдел диатомовые водоросли

Экологические группы и места обитания

Отдел диатомовые водоросли (Bacillariophyta) включает около 5000 видов.

Диатомовые водоросли, или диатомеи, — самая распространенная на Земле группа водорослей. Диатомеи обитают в соленых и пресных водоемах, на поверхности снега и в горячих гейзерах (при температуре около 85°С), во влажных почвах, на скалах и коре деревьев. Они создают около 1/2 биомассы Мирового океана, 2/3 кислорода, производимого Мировым океаном, и около 1/4 всего органического вещества на Земле.

Если на суше биомасса растений составляет 99%, а биомасса животных — всего 1%, то в океане соотношение обратное — биомасса растений составляет всего 6%, а биомасса животных — 94%, т.е. в океане биомасса животных почти в 20 раз превышает биомассу растений. Однако по правилу экологической пирамиды любое растительноядное животное должно съесть растений в 10 раз больше веса собственного тела. Это соотношение выдерживается за счет очень быстрого темпа размножения планктонных водорослей, значительную часть которых составляют диатомеи.

В благоприятных условиях диатомеи делятся 8 раз в сутки. Высокие темпы размножения спасают их от полного выедания животными.

Большая часть диатомовых водорослей, обитающих в воде, принадлежит к планктонным организмам, которые свободно парят в воде и пассивно переносятся течениями, однако в питании морских животных важная роль принадлежит и бентосным (донным) диатомовым водорослям.

Строение диатомовых водорослей

Набор фотосинтетических пигментов у диатомей — тот же, что и у бурых водорослей. Характерная окраска представителей этого отдела, которая может варьировать от золотисто-желтой до бурой, обусловлена вспомогательными пигментами ксантофиллами (ксантином и диатомином) и другими каротиноидами.

Диатомовые водоросли — очень мелкие одноклеточные организмы (от 4 до 1000 мкм); иногда они образуют небольшие колонии.

Целлюлозной оболочки, характерной для клеток растений, у диатомовых водорослей нет. Цитоплазму отделяет от внешней среды только гибкая клеточная мембрана. Живут диатомеи в маленьких изящных коробочках (панцирях). Материал коробочек — аморфная окись кремния, ближе всего по составу и строению к полудрагоценному камню опалу. Стенки коробочек пронизаны дырочками (порами), поверхность которых составляет от 10 до 75% от общей поверхности панциря. Панцири диатомеи украшены выступами и могут иметь сложную, причудливую форму, что придает им сходство с ювелирными украшениями (рис. 1).

Панцирь состоит из двух половинок — донышка (гипотеки) и крышечки (эпитеки). Отсюда и название диатомовых водорослей (от греч. «диатомос» — разделенный пополам). Стенки створок диатомеи прорезает щель — шов. В области шва мембрана контактирует с водой, и пробегающие по ней колебания позволяют диатомеям активно передвигаться в толще воды и но поверхности дна. Таким образом, орган движения диатомей — шов. Жгутиков у них нет.

Размножение

Размножаются диатомеи делением. При этом одна дочерняя клетка получает в наследство крышечку, а другая — донышко, которое по размеру, естественно, меньше крышечки. Однако достраивать крышечку диатомеи не умеют. Поэтому диатомея, которой досталось «донышко», превращает его в крышечку и достраивает к ней новое донышко (но размеру оно, конечно, будет меньше крышечки) — рис. 1и. Благодаря этому своеобразному процессу размер диатомей может уменьшиться в 3 раза! Восстановление размера происходит при половом размножении.

Приступая к половому размножению, диатомеи сбрасывают створки, затем часть диатомей превращается в женские гаметы, а часть — в мужские. Мужские и женские гаметы сливаются попарно, образуя ауксоспору, которая дорастает до нормальных размеров и строит себе новый панцирь.

Диатомеи — диплоидные организмы (2n). Гаплоидны у них только гаметы. Чередование поколений, характерное для других растительных организмов, у них отсутствует.

Рис. 1. Диатомовые водоросли (Diatomaea):

а) плеуросигма (Pleurosigma); 6) цимбелла (Cymbella); в) навикула (Navicula); г) синедра (Synedra); д) табеллярия (Tabellaria); е) диатома (Diatoma); ж) меридион (Meridion); з) центрическая водоросль циклотелла (Cyclatell); и) вегетативное размножение (митоз) у пиннулярии (Pinnularia); 1 — эпитека; 2 — гипотека; 3 — створка; 4 — поясок; 5 — шов; 6 — узелок

Экологическое значение диатомовых водорослей. Запасные вещества диатомовых водорослей

Диатомеи — основной корм многих морских и пресноводных животных, которых привлекает запасное вещество диатомей жидкое масло с запахом рыбьего жира. (Правильнее было бы сказать, что рыбий жир имеет запах масла диатомовых водорослей.) Мелкие ракообразные разгрызают опаловые коробочки диатомей, а рыбы (шпроты, сардина, сельдь, иваси, хамса, треска) глотают их целиком. Ими, в свою очередь, питаются хищные рыбы, тюлени, китообразные, морские птицы, и у всех этих животных жир приобретает специфический запах рыбьего жира. Масло диатомей, так же как и рыбий жир, богато витаминами А и D.

Кремниевые панцири диатомей опускаются на дно, образуя диатомовые илы. Из них формируются горные породы — диатомиты. Диатомит (трепел, инфузорная земля) применяется в пищевой и химической промышленности в качестве наполнителя для фильтров, в строительстве — в качестве тепло- и звукоизоляции, в литейном деле. Диатомиты могут использоваться и как полировочный материал. Пропитывая диатомит нитроглицерином, получают взрывчатое вещество — динамит.

Диатомовые водоросли, играющие исключительно важную роль в современных экосистемах, появились на Земле сравнительно недавно — в юрском периоде мезозойской эры, всего 195- 200 млн лет т.н., а современные виды — только в меловом периоде, около 100 млн лет т.н., практически одновременно с появлением на Земле первых планцентарных млекопитающих.

Физика в мире животных: диатомовые водоросли и их «архитектура»

Диатомовые водоросли — это одноклеточные и колониальные водоросли, которые отличаются наличием у клеток защитного корпуса, состоящего из диоксида кремния. Диатомеи живут и в морской, и в пресной воде. По словам специалистов, такие водоросли создают около четверти органики на Земле.

Форма диатомовых водорослей очень разнообразна. Обычно диатомеи представляют собой панцирь, внутри и снаружи которого есть относительно небольшой слой органического вещества. Скелет конструкции клеток отличается у пеннатной и центрической областей. У первой группы билатеральная симметрия, у второй — радиальная. Название водорослей произошло от греческого слова diatomos («разрезать на две части»). Дело в том, что панцири диатомей разелены на две половинки (подробнее об этом — ниже).

Если через створку панциря можно провести лишь одну ось симметрии, такую симметрию можно назвать двусторонне-симметричной. Панцирь обычно состоит из двух половинок, причем большая половинка накрывает меньшую. Панцирь диатомовых водорослей состоит из кремнеземового покрова. Здесь мало дополнительных элементов вроде железа, алюминия, магния и ряда органических веществ. Толщина стенок панциря зависит от концентрации кремния в среде и колеблется в значительных пределах: у тонкостенных форм — от сотых до десятых долей микрометра, а у толстостенных достигает 1—3 мкм. Стенки панциря пронизаны мельчайшими отверстиями, обеспечивающими обмен веществ между протопластом и окружающей средой. Они снабжены также различными форменными элементами, которые составляют структуру панциря и служат основными таксономическими признаками при построении системы диатомей. Панцирь и его структура различимы уже при небольшом увеличении микроскопа.

Тем не менее, подробности структуры панциря из кремнезема выяснить не так просто. Для представления о форме панциря диатомовых водорослей нужно учитывать соотношение осей и плоскостей симметрии.

Об образе жизни диатомовых известно многое. Живут диатомеи вполне неплохо в самых разных экосистемах и биотопах. Живут водоросли как в океанах и морях, так и солоноватых и пресных водоемах. Они есть в грунте, воздухе, их обнаружили во льдах Арктики и Антарктики. Эти водоросли неплохо приспособлены к самым разным экологическим факторам. Недавно при расшифровке полного генома диатомовой водоросли Phaeodactylum tricornutum выяснилось, что он содержит рекордное для эукариот число генов, полученных путём горизонтального переноса от бактерий и архей. Сейчас считается, что к классу диатомей относится около 300 родов, которые включают в себя 20-35 видов.

Даже специалистам может быть сложно отделить один вид диатомей от другого. Для того, чтобы правильно идентифицировать диатомей, учёные используют рисунок панциря после удаления протопласта. Специалисты говорят, что панцирь диатомовых и характер орнаментации — один из самых важных моментов в идентификации. Форма панциря водоросли симметрична во всех трех измерениях. Вершина и нижняя часть скелета водоросли практически идеально подходят друг к другу.


Диатомеи бывают очень разными, и ученым еще предстоит выяснить много интересных фактов об этих водорослях. На снимках показаны как диатомеи, так и орнаменты, которые из них выкладывают

Из диатомей еще в викторианскую эпоху стали выкладывать орнаменты. Из-за того, что сами водоросли микроскопические, орнаменты не видны невооруженным глазом, их составляют под микроскопом. И под микроскопом же потом любуются своей работой. Эта тщательная работа выполняется с использованием тончайшей иглы.

Интересно, что диатомеи являются важным составным элементов питания китов. Так, кит среднего размера может съесть несколько сотен килограммов диатомей за раз.

Несмотря на то, что диатомеи очень малы — их размеры составляют примерно четверть диаметра человеческого волоса, эти водоросли имеют совершенный с точки зрения дизайнера «конструкцию». Все корпуса диатомовых водорослей симметричны в трех измерениях, причем верхняя часть и низ диатомеи практически идеально подходят друг к другу.

Водоросли так зависят от диоксида кремния, что если концентрация кремнезема в определенном регионе довольно низкая, то диатомовые водоросли не будут делиться. Один из источников кремнезема — Si(OH)4, поступающий в водоросль через белки транспорта кремневой кислоты. К сожалению, ученые пока не могут выяснить, как проходит доставка кремнезёма внутрь клетки. Ученые считают, что Si(OH)4 и Na переносятся водорослями в соотношении 1:1.

В ходе цитокинеза клеточная мембрана создает перетяжку, а вот комплекс Гольжи стартует, начиная воспроизводить так называемые везикулы. Они всегда сохраняются у вновь сформированных клеток.

Интересно, что форм панциря диатомей очень много. Они могут напоминать диски и цилиндры трубочки и шары, барабаны и булавами. Также оригинален и факт разнообразия форм створок (округлые, овальные, ланцентные, линейные, ромбические гитаровидные, 5-образные и другие).

Строение панциря многих видов диатомей идеально с точки зрения архитектора. Некоторые здания строились по примеру корпуса этой водоросли. Один из таких примеров — строительство Берлинского театра. Его создатели использовали форму диатомовой водоросли при строительстве опоры берлинского театра. Интересно, что пропорции были взяты без особых изменений и расчетов. Панцирь диатомей необычайно прочный, хотя и пористый. Ученые надеются исследовать его досконально, с тем, чтобы иметь возможность повторить трюк с «дырчатыми конструкциями», где отверстия позволят увеличивать прочность и сопротивляемость панциря.

Ссылка на основную публикацию