§ 17. Одноклеточные водоросли

Речь пойдёт об организмах, питающихся как растения, но состоящих только из одной клетки.

Что представляют собой споры? Чем отличаются сине-зелёные водоросли от зелёных?

Эвглена. Среди одноклеточных фотосинтезирующих эукариот эвглена наиболее похожа на одноклеточные животноподобные организмы. Клетки эвглены одиночные и подвижные. В процессе движения эвглены могут изменять форму — вытягиваться, сокращаться, изгибаться.

В центре клетки находится большое хорошо заметное ядро (рис. 46). В цитоплазме также чётко различается от одного до нескольких зелёных хлоропластов: с их помощью на свету эвглена осуществляет фотосинтез. В темноте эвглена способна переходить к гетеротрофному питанию, поглощая всей поверхностью клетки растворённые в воде органические вещества.

Рис. 46. Строение клетки эвглены

Движение происходит при помощи длинного жгутика, который выходит из углубления — глотки. В глотке у эвглены находится ещё один, утолщённый при основе, короткий жгутик, который, в отличие от длинного, не выходит наружу. Возле этого жгутика в цитоплазме расположен большой красный глазок. Вместе со жгутиковым утолщением глазок образует систему, благодаря которой эвглена определяет направление падения света и выбирает маршрут своего движения.

К глотке прилегает несколько сократительных вакуолей, выделяющих в неё лишнюю воду, постоянно поступающую в клетку через мягкий клеточный покров. Таким образом, глотка не только не принимает участия в питании, а наоборот, осуществляет функцию выделения, поскольку с водой при помощи сократительных вакуолей клетка освобождается от вредных продуктов жизнедеятельности.

Размножается эвглена продольным делением клетки пополам в подвижном состоянии.

Эвглены живут в пресных стоячих или слабо проточных водоёмах. Потребляя растворённые органические вещества, эвглены вместе с другими одноклеточными эукариотами участвуют в процессах самоочищения воды.

Хламидомонада принадлежит к зелёным водорослям. Наличием жгутиков и зелёного хлоропласта она напоминает эвглену. Однако наличие клеточной оболочки, обеспечивающей постоянную форму клетки, делает хламидомонаду похожей на растительную клетку (рис. 47).

Рис. 47. Строение клетки хламидомонады под оптическим микроскопом

Большую часть цитоплазмы занимает зелёный хлоропласт, на дне которого вокруг большого округлого тельца откладывается запасной углевод — крахмал. Он образуется из глюкозы, вырабатываемой хлоропластом в процессе фотосинтеза. В хлоропласте хорошо различается небольшое красное пятнышко — это глазок. Он помогает клетке определять направление падения света и, как следствие, выбирать «маршрут» движения. Под электронным микроскопом в клетке хламидомонады можно различить и другие характерные для эукариот органеллы.

Хламидомонада чаще всего размножается при помощи подвижных спор (рис. 48). Они возникают вследствие деления материнской клетки. Клеточная оболочка в этих делениях не участвует. После разрыва оболочки материнской клетки споры освобождаются, и каждая становится самостоятельным организмом.

Размножение подвижными спорами является одним из примеров бесполого размножения. Бесполое размножение — это размножение, происходящее без полового процесса, а значит, без обмена наследственной информацией между клетками. Специализированные клетки бесполого размножения — это споры.

При неблагоприятных условиях окружающей среды у хламидомонады происходит половой процесс (рис. 48). Мужская и женская патовые клетки у хламидомонады возникают так же, как и споры, и внешним видом между собой не отличаются. Перед слиянием они сбрасывают клеточные оболочки и соединяются передними частями. Затем их цитоплазмы сливаются. Далее сливаются ядра, и в результате образуется клетка, называемая зиготой. Она покрывается толстой оболочкой и в таком состоянии переживает неблагоприятные условия. В период покоя в зиготе происходит обмен участками ДНК мужской и женской клеток. По завершении периода покоя зигота делится и образует четыре новые клетки.

Зигота — это клетка, образовавшаяся в результате слияния цитоплазм и ядер мужской и женской половых клеток.

Рис. 48. Схема бесполого (красные стрелки) и полового (синие стрелки) размножения хламидомонады

Половое размножение — это размножение, при котором количество особей одного вида увеличивается вследствие полового процесса, который, в свою очередь, обеспечивает обмен наследственной информацией между родительскими клетками.

Летом хламидомонады в большом количестве можно найти практически в каждой луже.

Хлорелла также является примером одноклеточных зелёных, но уже неподвижных водорослей. Она живёт преимущественно в наземных условиях: во влажной почве, сырых стенах, а также как симбионт в теле водных организмов.

Клетки хлореллы одиночные, шарообразные, с тонкой, но очень прочной клеточной оболочкой. Благодаря клеточной оболочке хлореллы, ставшие добычей почвенных животных, проходят неповреждёнными через пищеварительную систему и далее продолжают успешно расти и размножаться. В каждой клетке имеется один большой зелёный хлоропласт, в котором откладывается крахмал (рис. 49). Размножение хлореллы происходит исключительно бесполым путём: с помощью неподвижных спор.

Рис. 49. Хлорелла: а — схема размножения; б — клетка под электронным микроскопом; 1 — хлоропласт; 2 — крахмал

Хлорелла неоднократно побывала в космосе — на ней изучалось влияние невесомости на процессы клеточного деления. Во многих странах хлореллу на специальных фабриках искусственно выращивают для получения витаминов и производства пищевых добавок, и при этом «кормят» её углекислым газом промышленных выбросов предприятии, осуществляя тем самым биологическую очистку воздуха.

Диатомовые водоросли — это большая группа одноклеточных пресноводных и морских водорослей, хлоропласты которых имеют коричневую окраску. Клетки диатомовых водорослей всю свою жизнь проводят в «стеклянном доме» — кремнезёмном панцире. Панцирь напоминает коробку, накрытую крышкой. Через его многочисленные правильно расположенные отверстия осуществляются все процессы обмена со внешней средой — поглощение воды и углекислого газа, выделение кислорода и прочих продуктов жизнедеятельности. Размножаются диатомовые водоросли продольным делением клетки пополам. Также им присущ и половой процесс.

В пресных водоёмах самой распространённой диатомовой водорослью является навикула (рис. 50). Её клетки напоминают лодочку, вдоль бортов которой лежат две коричневые трубки — хлоропласты. В центре находится ядро. Клетки навикулы способны активно скользить по подводным поверхностям, выделяя через специальную структуру панциря — шов — особые слизистые ножки.

Рис. 50. Диатомовая водоросль навикула: а — схема строения: 1 — вакуоль, 2 — ядро, 3 — хлоропласт, 4 — кремнезёмный панцирь, 5 — система, обеспечивающая движение — шов; б — клетка под оптическим микроскопом

Наиболее часто диатомовые водоросли используются геологами и работниками служб охраны природы для оценки степени загрязнения вод и определения возраста осадочных пород. В хозяйственной деятельности широкое применение имеют породы диатомиты, образованные панцирями ископаемых диатомовых водорослей.

ВЫВОДЫ

1. Одноклеточные эукариоты, способные к фотосинтезу, относятся к водорослям.
2. Одноклеточные водоросли различаются цветом, строением клеток, подвижностью, способами размножения.

ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ, КОТОРЫЕ ВАЖНО ЗНАТЬ

Бесполое размножение, спора, зигота, половое размножение.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какой способ питания характерен для эвглены, хламидомонада и хлореллы?
2. Какие способы размножения присущи одноклеточным водорослям?
3. Какие одноклеточные водоросли являются подвижными, а какие — самостоятельно двигаться не могут?

ЗАДАНИЯ

Заполните таблицу в тетради, поставив напротив указанного признака «да» или «нет» в столбиках, относящихся соответствующем организмам.

№	Признак	Эвглена	Хламидомонада	Хлорелла
1	Имеет хлоропласты
2	Имеет глотку
3	Активно двигается
4	Имеет жгутики
5	Является автотрофом
6	Питается благодаря фагоцитозу
7	Имеет ядро

ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Как у эукариот возник фотосинтез?

Фотосинтез с выделением кислорода «изобрели» цианопрокариоты. Первые эукариоты — одноклеточные животноподобные организмы — изобрели фагоцитоз и начали съедать всех, в том числе и цианопрокариот. Но некоторые из них, съев цианопрокариот, не переварили их, а стали использовать как внутриклеточных симбионтов. Они заставили их кормить себя, позднее превратив в хлоропласт (рис. 51). Ближайшие потомки этих «хитрецов» — зелёные и красные водоросли.

Однако и сами «хитрецы» неединократно становились пленниками других одноклеточных животноподобных организмов.