Класс Хамесифоновые - Chamaesiphonophyceae

(Порядок Плеврокапсовые - Pleurocapsales)

Одноклеточные, часто дифференцированные на основание и верхушку, и колониальные (с одноклеточными цианоидами), обычно прикрепленные к субстрату, индивиды. Характерно образование эндоспор (беоцитов). Клетки разнообразной формы, часто с хорошо выраженными бесцветными или окрашенными в желтоватые или коричневые тона слизистыми обвертками. Деление клеток происходит в одной, двух или трех плоскостях. Клетки в колониях часто очень сжаты и образуют ложную паренхиму, иногда они расположены несколькими слоями. Для многих видов свойственно образование относительно четких рядок клеток, которые напоминают нити. Но плазматическая связь между клетками таких "нитей" отсутствует. "Нити" ползут по субстрату, углубляются в него или поднимаются над ним, при этом нити нередко ветвятся.

Эндоспоры (беоциты) возникают внутри материнской клетки (спорангия), сходной с обычными клетками или отличающейся от них по размеру и форме. Освобождаются беоциты путем разрыва, ослизнения оболочки спорангия или путем сбрасывания части стенки спорангия как крышечки на их образование идет все содержимое спорангия или только его часть.

Род Дермокарпа. Индивиды одноклеточные, дифференцированные на основание и верхушку, прикрепленные к субстрату. Обычно живут одиночно, небольшими группами. Размножаются обычно беоцитами.

Рис. 16. Хамесифоновая синезеленая водоросль Дермокарпа (по: М. М. Голлербах и др., 1953)

 

Экология и значение

Синезеленые водоросли распространены повсюду. Их можно найти как в горячих источниках и артезианских колодцах, так и на поверхности снега и влажных скал, на поверхности и в толще почв, в симбиозе с другими организмами: простейшими, грибами, морскими губками, эхиуридами, мхами, папоротниками, голосеменными растениями. Виды синезеленых обычны в планктоне и бентосе стоячих и медленно текучих пресных вод, в солоноватых и соленых водоемах. Они – важные компоненты морского фитопланктона. Синезеленые водоросли играют ключевую роль в океанических экосистемах, где большая часть суммарной фотосинтетической продукции приходится на пикопланктон. Пикопланктон состоит в основном из одноклеточных коккоидных цианофит. Подсчитано, что 20% фотосинтетической продукции океанов дают планктонные синезеленые водоросли. В бентосе встречаются эпифитные, эпилитные и эндолитные формы. Цианобактерии обычно обладают специальными органами прикрепления в виде подошвы, стопы, слизистых тяжей. Обильны также виды синезеленых водорослей, прикрепляющиеся к подводным предметам с помощью слизи.

Цианобактерии являются типичными обитателями горячих вод. Они вегетируют при температуре 35–52°С, а в отдельных случаях до 84°С и выше, нередко при повышенном содержании минеральных солей или органических веществ (сильно загрязненные горячие сточные воды заводов, фабрик, электростанций или атомных станций).

Дно гипергалинных водоемов иногда сплошь покрыто синезелеными водорослями, среди которых преобладают виды родов Формидиум, Осциллатория, Спирулина и др. Синезеленые водоросли обитают на коре деревьев (виды родов Синехококкус, Афанотеке, Носток). Они нередко эпифитируют на мхах, где, например, можно наблюдать черновато-синие пучки видов рода Шизотрикс.

Представители Cyanophyta наиболее обычны среди водорослей, обитающих на поверхности обнаженных скал. Цианофиты и сопутствующие им бактерии образуют "горный загар" (наскальные пленки и корочки) на кристаллических породах различных горных массивов. Особенно обильны разрастания водорослей на поверхности влажных скал. Они образуют пленки и наросты различного цвета. Как правило, здесь обитают виды, снабженные толстыми слизистыми обвертками. Разрастания бывают различного цвета: ярко-зеленые, золотистые, бурые, охристые, лиловые или темно-сине-зеленые, коричневые, почти черные в зависимости от образующих их видов. Особенно характерны для орошаемых скал виды родов Глеокапса, Глеотеке, Хамесифон, Калотрикс, Толипотрикс, Сцитонема.

Представители Cyanophyta составляют подавляющее большинство почвенных водорослей. Они обитают в глубоких и в поверхностных слоях почвы, устойчивы против ультрафиолетового и радиоактивного излучения. В почвах степной зоны Носток обыкновенный образует на поверхности мощные пленки темно-зеленого или, в сухой сезон, корочки грифельно-черного цвета. Массовое развитие микроводорослей вызывает позеленение склонов оврагов, обочин дорог, пахотных почв.

Синезелёные водоросли являются компонентами слоевища многих лишайников, сожительствуют с высшими растениями, например, с водным папоротником Азолла и другими. Как симбионты они защищают своего партнера от высокой интенсивности света, снабжают его органическими веществами, обеспечивают соединениями азота. В то же время от хозяина они получают защиту от неблагоприятных внешних факторов, а также необходимые для роста органические вещества. Лишь немногие симбиотические ассоциации цианофит с различными организмами являются облигатными. Большинство цианофит способны расти самостоятельно, хотя хуже, чем в симбиозе. Они формируют два типа объединений с другими организмами – внеклеточные: с грибами и внутриклеточные: с губками, диатомовыми водорослями и др.

Синезелёные водоросли принадлежат к числу древнейших организмов, их ископаемые остатки и продукты жизнедеятельности обнаружены в породах, образовавшихся 3–3,5 млрд. лет назад, в архейскую эру. Полагают, что первые на Земле (докембрийские) экосистемы состояли только из прокариотических организмов, в том числе цианобактерий. Интенсивное развитие цианофит имело громадное значение для развития жизни на Земле, и не только из-за накопления ими органического вещества, но и в связи с обогащением первичной атмосферы кислородом. Существенную роль cинезелёные водоросли сыграли и в создании известковых пород.

Азотфиксация. Атмосфера Земли на 78% состоит из азота, но способность к его фиксации обнаружена только у прокариот, а среди водорослей исключительно у цианофит. Синезеленые водоросли – уникальные организмы, которые способны к фиксации как углекислого газа, так и атмосферного азота. При фиксации азота выделяется аммиак и водород. Этот процесс обычно происходит в специальных толстостенных клетках со слизистыми чехлами – гетероцистах. Внутри гетероцист создаются условия с малым содержанием кислорода. Фиксация азота днем идет быстрее, чем ночью, так как во время фотосинтеза образуется необходимая для этого процесса АТФ – аденозинтрифосфорная кислота. Путем фиксирования атмосферного азота синезеленые водоросли получают азот, необходимый для синтеза своих белков и дальнейшего роста. Другие водоросли целиком зависят от нитратов и аммония, растворенных в воде.

Биологическая фиксация атмосферного азота является одним из важных факторов повышения почвенного плодородия. Ведущая роль в этом процессе принадлежит цианофитам, которые не требуют для усвоения молекулярного азота готового органического вещества, а сами приносят его в почву. Например, для почв умеренной зоны годовую продукцию азотфиксирующих синезеленых водорослей оценивают в 20-577 кг/га (в сухой массе). К самостоятельной азотфиксации в размерах, имеющих реальное значение для плодородия почвы, способны только гетероцистные формы цианофит (виды родов Носток, Анабена, Калотрикс, Толипотрикс и Цилиндроспермум).

Некоторые представители синезеленых водорослей являются съедобными (Носток, Спирулина). В специальных биологических прудах сообщества синезеленых водорослей и бактерий используют для разложения и детоксикации гербицидов. Некоторые цианобактерии разлагают фенилкарбаматные гербициды на анилин и хлорпроизводные. Сточные воды, очищенные с помощью наиболее совершенных методов, все же остаются токсичными по отношению к гидробионтам. Только альгобактериальные сообщества, которые используются для доочистки сточных вод, позволяют получить воду, соответствующую ГОСТу "Вода питьевая".

"Цветение" воды. Под "цветением" воды понимают интенсивное развитие водорослей в толще воды, в результате чего она приобретает различную окраску, в зависимости от окраски и численности организмов, вызывающих "цветение". Массовому развитию водорослей вплоть до "цветения" воды способствует увеличение евтрофирования водоемов, которое происходит как под влиянием природных факторов (за тысячи и десятки тысяч лет), так и в значительно большей степени под влиянием антропогенных факторов (за годы, десятки лет). "Цветение" воды наблюдается как в континентальных водоемах (пресных, солоноватых и соленых), так и в морях и океанах (в основном, в прибрежных районах). Красное море получило свое название из-за обильного развития в нем синезеленой водоросли Oscillatoria erythraea. Лужеобразные пресные водоемы Средней Европы нередко окрашиваются в красный цвет Haematococcus pluvialis. Из пресноводных водоемов в первую очередь подвержены "цветению" большие равнинные реки и их водохранилища, а также пруды различного назначения, озера, водоемы-охладители.

Умеренная вегетация цианофит положительно влияет на экосистему водоема. При значительном увеличении биомассы водорослей (до 500 г/м³ и выше), начинает проявляться биологическое загрязнение, вследствие чего значительно ухудшается качество воды. В частности, изменяется ее цветность, рН, вязкость, снижается прозрачность, меняется спектральный состав проникающей в водную толщу солнечной радиации в результате рассеивания и поглощения водорослями световых лучей. В воде появляются токсические соединения и большое количество органических веществ, служащих питательной средой для бактерий, в том числе и патогенных. Вода обычно приобретает затхлый неприятный запах. Возникает гипоксия, или дефицит растворенного кислорода; он расходуется на дыхание водорослей и разложение отмершей органики. Гипоксия приводит к летним заморам гидробионтов и замедляет процессы самоочищения и минерализации органики.

Среди цианофит есть патогенные виды (около 30), вызывающие заболевания и гибель рифовых кораллов, при "цветении" воды могут отмечаться заболевания домашних животных и человека, массовая гибель гидробионтов, водоплавающей птицы и домашних животных особенно в жаркие летние месяцы. Отравления людей встречаются значительно реже. Наибольшему риску подвергаются дети и люди с заболеваниями печени и почек. По способу действия токсины цианобактерий разделяют на 4 группы: гепатотоксины, нейротоксины, цитотоксины и дерматотоксины. Они вызывают пищевые интоксикации, аллергии, коньюктивит, поражения центральной нервной системы и т.д. По своему действию цианотоксины в несколько раз превосходят такие яды, как кураре и ботулин. Профилактика чистоты водоемов заключается в недопущении скопления водорослей вблизи водозаборов и мест отдыха или водопоя домашних животных.

"Солнечные реакторы" и водоросли. В последнее время перед человечеством остро встала проблема рационального использования природных энергоресурсов и поиска нетрадиционных источников энергии. К таким источникам относят энергию Солнца, консервируемую в биомассе растений (биоконсервация солнечной энергии). В отличие от атомной энергии, этот источник энергии абсолютно безопасен; использование его не вызывает нарушения экологического равновесия, не ведет к радиоактивному или тепловому загрязнению среды.

Наиболее перспективным считаютиспользование синезеленый водорослей для получения биотоплива путем метанизации биомассы водорослей, выращенных на сточных водах. Установки для получения метана из водорослей созданы в США и Японии. Их продуктивность составляет соответственно 50 и 80 т/га (в сухой массе) в год, а 50-60 т сухой биомассы водорослей может дать 74 тыс. кВт/ч электроэнергии.

 

Контрольные вопросы

1. Назовите характерные черты строения клетки цианобактерий.

2. Какие пигменты и типы питания известны у цианофит?

3. Как размножаются синезеленые водоросли? Что такое гормогонии, экзоспоры, акинеты?

4. С какими группами организмов наиболее сходны и когда возникли синезеленые водоросли?

5. Назовите характерные особенности и типичных представителей синезеленых водорослей класса Хроококковые.

6. Назовите характерные особенности и типичных представителей синезеленых водорослей класса Гормогониевые.

7. Назовите характерные особенности и типичных представителей синезеленых водорослей класса Хамесифоновые.

8. В каких местообитаниях встречаются синезеленые водоросли? Их значение в природе.

9. Роль цианофит в биологической фиксации атмосферного азота.

10. Хозяйственное значение цианофит. Оценка качества воды.

11. Что такое "цветение воды" и цианотоксины?

12. Синезеленые водоросли как нетрадиционные источники энергии.