В многообразном органическом мире одна группа стоит особняком, объединяя свойства растений и животных. Это одноклеточные диатомовые водоросли, или диатомеи, облаченные в прозрачный кремнистый панцирь с необычайно тонкой, разнообразной структурой, которая сама по себе являет неограниченные эстетические возможности Природы.
Диатомовые водоросли
Взгляните на эти снимки. Вот ажурное плетение кружев. Чья рука его создала? А вот необычная плотина. Кто возвел это сооружение? А это что? Космический корабль? Летающая тарелка? Мост? Лодка? Гитара? Салфетка под чайный прибор? Замысловатый торт?
Это и есть микроскопические диатомовые водоросли, невидимые простым глазом. Размеры их — от нескольких микрон до десятков, реже сотен микрон и первых миллиметров. Живут они либо одиночно, либо соединяясь в колонии в виде нитей и цепочек, трубочек и звездочек, вееров, кустиков, лент и пленок. Они бесцветны или окрашены в желтоватый, зеленоватый, бурый цвет. Уже в обычном световом микроскопе при увеличениях в 500-1000 раз можно увидеть эти изящные, гармоничные создания, которые приводили в восторг первых их исследователей триста лет назад. А способность некоторых диатомей передвигаться тем более повергла ученых в недоумение. Долгое время природа этих существ оставалась непонятной, и они относились то к растениям, то к животным. Современное изучение наследственной информации выявило, что по структуре генома диатомеи все-таки наполовину животные и наполовину растения.
Диатомеи: вид вблизи
Мощные электронные микроскопы, которые позволяют увеличивать объект в тысячи раз, позволили изучить строение панциря диатомовой клетки. Главным компонентом панциря является диоксид кремния с различными примесями алюминия, железа, магния, органических веществ. Он представляет собой внешнюю оболочку, состоящую из двух частей – створок, зачастую они надвинуты друг на друга. В зависимости от вида, створки соединены непосредственно, или имеют разделитель в виде кремнистых ободков, которые позволяют створкам раздвигаться для увеличения объема клетки.
На внешней части панциря можно увидеть тонкий покров органического вещества. Створка имеет неоднородную поверхность, здесь можно увидеть углубления, ребра, штрихи, различные ячейки. В основном это поры или камеры. Практически вся площадь панциря (75%) покрыта отверстиями. Еще можно увидеть различные наросты, изначально их цель была не ясна, но потом ученые определили, что они предназначены для объединения в колонии.
Под микроскопом удалось открыть многообразие форм панциря:
- диски;
- трубочки;
- цилиндры;
- коробочки;
- барабаны;
- веретена;
- шары;
- булавы.
Створки также представлены в большом количестве разнообразных видов. Структурные элементы составляют сложные комбинации, а ведь это только одна клетка!
Строение диатомеи
Цитоплазма выполняет защитную функцию и образует тонкий слой по периметру стенок. Есть специфический мостик, в нем находится диплоидное ядро и ядрышки. Внутриклеточное пространство полностью занимает вакуоль. Хроматофоры расположены по всей длине стенок. Они представляют собой маленькие диски и пластины. Чем меньше их размер, тем больше количество. Гетеротрофные водоросли не имеют пигментов. Автотрофные диатомеи в своих хроматофорах хранят пластиды различных цветов.
Благодаря фотосинтезу образуются в клетке не привычные углеводы, как у всех наземных растений, а липиды. Помимо жиров, которые требуются для правильной жизнедеятельности, в организме имеются дополнительные компоненты и резервные вещества, например, хризоламинарин.
Жизненный цикл
Жизненный цикл центрических диатомовых
Жизненный цикл пеннатных диатомовых
Вегетативное размножение
Вегетативное размножение диатомей происходит путём простого митотического деления. Цитокинез имеет ряд особенностей, связанных с наличием панциря (см. формирование панциря)[20]. Поскольку получаемая от родительской клетки половинка панциря у дочерней становится эпитекой, а гипотека достраивается заново, размеры одной из клеток остаются равными родительской, а второй становятся меньше. В ряде последовательных делений размеры клеток в популяции уменьшаются, а исходные максимальные размеры восстанавливаются в процессе полового воспроизведения, связанного с формированием ауксоспор. Ауксоспоры могут возникать автогамно за счёт слияния двух гаплоидных ядер одной клетки или апогамно (из вегетативных клеток)[21]. В редких случаях возможен выход цитоплазмы из панциря и формирование его заново — вегетативное укрупнение[22].
Споры и покоящиеся клетки
При наступлении неблагоприятных условий некоторые диатомовые могут формировать споры и покоящиеся клетки. Эти структуры богаты запасными веществами, которые потребуются при прорастании. Покоящиеся клетки морфологически близки к вегетативным клеткам, в то время как панцирь спор становится более толстым, округляется, изменяется его орнаментация. Покоящиеся клетки могут возникать в условиях с низким содержанием растворённого кремния, а споры, наоборот, требуют наличия достаточного количества кремния для построения собственной толстой оболочки. Покоящиеся клетки формируются чаще пресноводными центрическими и пеннатными диатомеями, в то время как споры — центрическими морскими диатомовыми. И покоящиеся клетки, и споры могут выживать десятилетиями. При их прорастании для формирования нормального панциря требуется два митоза с дегенерацией ядер. Споры морских диатомей играют важную роль в транспорте органического углерода и кремния в осадочные отложения.
При образовании спор клетка теряет вакуоли, и размер споры оказывается меньше исходной клетки[23].
Половой процесс
Половым путем размножаются крайне редко.
Размножение
Эти водоросли размножаются двумя способами:
- вегетативным;
- половым.
Скорость размножения достаточно большая, обычно представляет собой деление пополам. Темпы напрямую зависят от условий окружения. За сутки одна клетка может образовать около 35 миллиардов новых организмов. Этот вид водорослей населяет практически любой водоем в мире, они отлично себя чувствуют в озерах, реках, морях с умеренной температурой воды, хотя их не пугают горячие источники и ледяная вода. Диатомеи составляют с остальными подобными микроскопическими растениями основу фитопланктона всего Мирового океана.
Они содержат витамины, жиры и золу. Поэтому служат отличным лакомством для мелких морских обитателей, которыми питается рыба.
Одно из самых важных свойств диатомовых водорослей – производство кислорода.
СРЕДА ОБИТАНИЯ
Вегетируя в пределах темпера-тур от 0 до 50 °С, разные диатомеи предпочитают разные температуры и по этому признаку также делятся на группы. Холодолюбивые — криофилы — это арктические и высокогорные виды. Обитатели тропических водоемов или горячих источников — термофилы. Большая группа видов может развиваться в широких температурных пределах — индифференты. Другие виды практически не переносят колебаний температуры (стеноморфные). Одни виды широко расселены по всему земному шару (космополиты), другие встречаются иногда только в одном каком-то водоеме (эндемики). При этом диатомеи подвержены сезонным колебаниям численности. В течение года в одном и том же бассейне состав водорослей может сильно меняться: одни отмирают в свои сроки, на смену им появляются и достигают массового развития другие. В морях и океанах это явление наблюдается в огромных масштабах. На поверхности Тихого океана космонавты могут летом и осенью наблюдать узкую 1000-километровую полосу густо-зеленого цвета — это не что иное, как высокая концентрация диатомовых водорослей.
Виды
Какие-то виды проживают на дне, другие закрепляются к субстрату, например, ко дну морских кораблей. Очень часто они объединяются в многочисленные колонии, для скрепления используются специальные выросты либо слизь. Образование в колонии не случайно, таким образом микроорганизмы стараются противостоять негативным проявлениям окружающей среды. Существуют виды диатомей, которые живут только на субстрате одного типа, например, только на брюхе кита или только на определенном растении.
Есть виды диатомей, которые свободно передвигаются (парят) в воде за счет своей малой плотности, пористого панциря, вкраплений масла. Для большего эффекта на их тельце есть длинные щетинки, которые позволяют соединяться в большие плавучие колонии. Иногда для скрепления используется слизь, она легче воды.
Главные систематические группы
В отделе Bacillariophyta находится более 10 000 видов. Ведущие биологи мира утверждают, что это число на самом деле в несколько раз больше. За последнее столетие систематика диатомей претерпела немало изменений. Причем многочисленные споры и дискуссии ведутся и сейчас, главной темой является количество классов.
Центрические диатомеи
Водоросли данного класса имеют одноклеточные, а также колониальные формы. Скруглен панцирь, он имеет радиальное строение. Хроматофоры представлены как маленькие пластинки. Диатомеи центрического класса ведут неподвижный образ жизни. Размножаются половым моногамным способом. Представители центрических диатомей были обнаружены в остатках древности по всему миру.
Порядок Coscinodiscales. Иногда живут одиночками, но в основном в виде нитевидных колоний. Форма панциря не имеет углов, отсюда и название:
- цилиндрическая;
- шаровидная;
- линзовидная;
- эллипсоидная.
Створки округленные, на них находятся различные выросты, ребра и другие особенности поверхности.
- Род мелозира. Живут в колониях нитчатого вида, большая часть – цилиндрические клетки. Они соединяются посредством шипиков на поверхности панциря. Створки обладают округлыми формами, на них размещаются поры. Хроматофоры представлены в большом количестве, имеют форму дисков.
- Род циклотелла. Представлены водоросли в виде коробочки небольшой высоты. На краю створки есть радиальные штрихи. Хроматофоры представлены в виде маленьких пластиночек, находятся они в цитоплазме. Диатомовые водоросли рода циклотелла соединяются вырабатываемой слизью или же щетинками, при этом колонии напоминают нити. Эти водоросли можно встретить в водоемах со стоячей водой.
Порядок Biddulphiales. Клетки-одиночки, но иногда соединяются в многочисленные колонии, для этого используются дополнительные наросты на панцире. Кстати, панцирь имеет форму, напоминающую цилиндр либо призму. Створки круглые, как правило, эллиптической формы, в некоторых случаях многоугольные. Створки неоднородной структуры, из-за присутствия мелких неровностей и отверстий.
Род хетоцерос. Цилиндрические клетки, с большими щетинками, расположенными на створках. Щетинки позволяют объединяться в цепи нитевидного типа. Хроматофоры имеют вид больших пластинок.
Перистые диатомеи
Одноклеточные водоросли, которые нередко объединяются в колонии, имеют разнообразную форму. Панцирь представляет собой две симметричные части (створки), хотя есть виды, где прослеживается четкая асимметрия. Как правило, створка обладает перистой структурой. Хроматофоры напоминают большие пластинки. Эта форма активна, имеет различные швы щелевидного и каналовидного типа. Размножение происходит обычным половым способом, но специфическим образом, который напоминает конъюгацию.
Примечания
Комментарии
- Прежде эти группы рассматривались в ранге классов Centricae
и
Pennatae
. Выделялся также класс
Mediatae
. К центрическим диатомовым относили порядки:- Thalassiosirales
Coscinodiscales
- Melosirales
- Chaetocerotales;
к пеннатным — порядки:
- Fragilariales
- Tabellariales
- Achnanthales
- Cymbellales
- Naviculales
- Bacillariales
- Surirellales.
Источники
- Белякова, 2006, с. 89.
- ↑ 123
Курсанов, 1953, с. 10. - Lee, 2008, с. 373.
- Саут, 1990, с. 94.
- Белякова, 2006, с. 79.
- Саут, 1990, с. 91.
- Саут, 1990, с. 200.
- ↑ 123
Саут, 1990, с. 93. - ↑ 12
Белякова, 2006, с. 79—80. - Белякова, 2006, с. 79—82.
- Курсанов, 1953, с. 8.
- Белякова, 2006, с. 81.
- Водоросли оказались удивительными оптическими системами — «Мембрана.ру» (неопр.)
(недоступная ссылка). Дата обращения 6 января 2020. Архивировано 3 июля 2020 года. - Lee, 2008, с. 374.
- ↑ 123
Lee, 2008, с. 376. - Белякова, 2006, с. 85.
- Kroger, 1999.
- Poulsen, 2003, с. 12075.
- Курсанов, 1953, с. 9.
- Саут, 1990, с. 199.
- Белякова, 2006, с. 88.
- Stosch, 1965, с. 21—44.
- Lee, 2008, с. 382.
- Чужие гены помогли диатомовым водорослям добиться успеха — «Элементы.ру»
- Marner, 2008, с. 1-5.
- Микросхемы из микроорганизмов — на сайте «Элементы.ру», 12.10.05
Роль диатомовых водорослей в аквариуме
В природных экосистемах они выполняют огромнейшую роль, поскольку являются основной частью планктона и участвуют в формировании органических веществ планеты, а после отмирания их панцири участвуют в образовании горной породы. Несмотря на такое большое значение в природе, в аквариуме диатомовые водоросли пользы не несут. Коричневые водоросли, которые образуют налет на стенках, особенно в тех местах, куда попадает меньше всего света – это диатомеи.
Диатомовые обязательно «поселяются» в новом аквариуме, по истечению нескольких дней после наполнения водой. В старых аквариумах водоросли появляются при неправильном освещении, как правило, недостаточном или сильно слабом.
Для размножения диатомовых водорослей способствуют:
- показатель рН больше 7,5;
- высокий уровень жесткости воды;
- чрезмерная концентрация соединений азота.
Вспышку развития водорослей может спровоцировать большое количество солей натрия в составе воды, обычно это происходит после лечения рыбок поваренной солью. С диатомеями следует систематически бороться, иначе они покроют все стенки искусственного водоема. Следует чистить камушки и приборы от слизи и бурых комочков, сразу после их появления. Чтобы предупредить развитие, необходимо контролировать уровень освещения, и проверять состав воды. Развитие диатомей будет проходить медленнее, если настроить освещение, и периодически очищать аквариум.
Литература
- Диатомовые водоросли // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- Белякова Г. А.
Водоросли и грибы // Ботаника: в 4 тт. / Белякова Г. А., Дьяков Ю. Т., Тарасов К. Л. — М.: Издательский , 2006. — Т. 2. — 320 с. — 3000 экз. — ISBN 5-7695-2750-1. - Киселёв И. А., Зинова А. Д., Курсанов Л. И.
Водоросли // Определитель низших растений (в пяти томах) / под ред. Курсанов Л. И. — М.: Государственное издательство «Советская Наука», 1953. — Т. 2. — 15 000 экз. - Саут Р., Уиттик А.
Основы альгологии = Introduction to Phycology / пер. Тарасов К. Л. — М.: «Мир», 1990. — 597 с. — 3000 экз. — ISBN 5-03-001522-1. - Скабичевский А.П.
Планктонные диатомовые водоросли пресных вод СССР. — М., 1960. Архивная копия от 1 апреля 2020 на Wayback Machine - Lee, R. E.
Phycology, 4th edition. — Cambridge: Cambridge University Press, 2008. — 547 p. — ISBN 9780521682770. - Kröger N., Deutzmann R., Sumper M.
Polycationic peptides from diatom biosilica that direct silica nanosphere formation (англ.) // Science. — 1999. — Vol. 286, no. 5. — P. 1129—1132. — PMID 10550045. - Poulsen N., Sumper M., Kröger N.
Biosilica formation in diatoms: Characterization of native silaffin-2 and its role in silica morphogenesis (англ.) // PNAS. — 2003. — Vol. 100, no. 21. — P. 12075—12080. — DOI:10.1073/pnas.2035131100. — PMID 14507995. - Stosch H. A. von.
Manipulierung der Zellgrösse von Diatomeen in Experiment (нем.) // Phycologia. — 1965. — Nr. 5. — P. 21—44. - Marner W. D. II, Shaikh A. S., Muller S. J., Keasling J. D.
Morphology of Artificial Silica Matrices Formed via Autosilification of a Silaffin/Protein Polymer Chimera (англ.) // Biomacromolecules. — 2008. — Vol. 9, no. 1. — P. 1—5. — DOI:10.1021/bm701131.
