Полезные свойства и применение красных водорослей

Широкое многообразие флоры планеты Земля восхищает и завораживает учёных-биологов. Растения являются домом и пищей для представителей животного мира, а также используются человеком во многих областях. Не остаются в стороне и живые организмы морских глубин, в частности, водоросли. Особой ценностью из-за своих уникальных свойств обладают красные водоросли, которые активно применяются в медицине, промышленности и сельском хозяйстве.

Описание и способы размножения

Красные водоросли (Rhodophyta) — водные растения, встречающиеся преимущественно в морских водоёмах. Найденные окаменелости свидетельствуют о том, что растения этой группы уже существовали на планете более чем 1 миллиард лет назад. В наше время насчитывают от 500 до 1000 разновидностей красных водорослей, среди которых около 200 пресноводных видов.

Основные разновидности красных водорослей:

• бангиевые (bangiophyceae);
• флоридеи (florideophyceae);
• анфельция (ahnfeltia);
• филлофора (phyllophora);
• порфира (porphyra);
• гелидиум (gelidium).

Красные водоросли, представители которых отличаются от других видов содержанием в хлоропластах не только зелёного пигмента хлорофилла, получают свой цвет за счёт наличия в составе красных фикоэритринов, синих фикобилинов и жёлтых каротиноидов. При смешивании этих пигментов с хлорофиллом они окрашивают растение в различные оттенки красного цвета.

Водоросли способны воспринимать больший спектр ультрафиолетовых лучей, благодаря чему они могут расти на глубине от 100 до 500 м. В воде водоросли кажутся чёрными из-за сильного поглощения солнечного света, а на суше приобретают красный цвет.

Слоевища растений представлены многоклеточными формами и имеют различную структуру:

• кустистую;
• листостебельную;
• нитевидную;
• пластинчатую.

В некоторых видах (например, кораллина) присутствуют магний и углекислый кальций, которые позволяют образовывать особый скелет. Багрянки составляют основу коралловых рифов. Клетки водорослей образованы из внутреннего целлюлозного и внешнего аморфного слоя, из которого выделяют агар.

Способы размножения:

1. бесполый. Размножение с помощью безжгутиковых спор. Это является особенностью многих видов красных водорослей;
2. вегетативный. Размножаются преимущественно представители класса багниевых и флоридеевых;
3. половой. Размножение путём оогамии. Кратко описать этот процесс можно так: когда женский половой орган оогоний притягивает спермации специальным выступом (трихогиной), в результате сложного развития образуется гонимобласт — нитевидная структура, из которой прорастают споры.

Водоросли зелёные, красные и бурые

В настоящее время известно более 30 тысяч видов водорослей. Сине-зелёные водоросли относятся к прокариотам. Скорее всего, они не являются предками настоящих водорослей, однако, возможно, вошли в растительную клетку в качестве симбионтов, превратившись в хлоропласты. Остальные водоросли разделяются на десять отделов.

Эвгленовые (Euglenophyta) – одноклеточные (реже колониальные) подвижные жгутиконосцы, покрытые лишь плазматической мембраной, под которой лежит белковая пелликула, служащая своеобразным наружным скелетом. Их длина колеблется от 10 до 500 мкм. Хлоропласты (если они есть) зелёные или бесцветные. Размножаются делением; половой процесс наблюдался только у очень немногих форм. При неблагоприятных условиях эвгленовые сбрасывают жгутики, образуя цисты. Примерно треть из 900 видов способна к фотосинтезу, остальные питаются гетеротрофно. Впрочем, если эвглену зелёную долго подержать в темноте, то хлоропласты исчезают и водоросль начинает питаться, как сапрофит. Если её после этого перенести на свет, то хлорофилл появляется вновь.

Пирофитовые (Pyrrhophyta) – ещё одна группа одноклеточных морских (реже пресноводных) жгутиковых водорослей, объединяющая около 2100 видов из двух подотделов: криптофитовые и динофитовые. Хлоропласты бурые, клетка, как правило, заключена в панцирь из целлюлозы, нередко причудливой формы. Большинство пирофитов – автотрофы. Размножаются делением и спорами, половой процесс наблюдается редко. Пирофитовые водоросли – причина «красных приливов»; выделяемые множеством этих микроорганизмов токсичные вещества служат причиной гибели рыб и моллюсков. Другие пирофиты – симбионты радиолярий и коралловых полипов.

Диатомеи (Bacillariophyta) – от 10 до 20 тысяч видов микроскопических (0,75–1500 мкм) одиночных или колониальных водорослей, клетки которых окружены твёрдым кремниевым панцирем, состоящим из двух створок. Стенки панциря имеют поры, через которые происходит обмен с внешней средой. Многие диатомовые водоросли способны передвигаться по субстрату, видимо, за счёт выделения слизи. Колониальные формы живут в слизистых трубках, образующих бурые кусты до 20 см высотой. При размножении делением каждая дочерняя особь получает по одной половинке панциря, вторая половинка вырастает заново. Из-за того, что старая пластинка обхватывает своими краями вырастающую новую, поколения диатомовых водорослей раз за разом мельчают. Иногда диатомеи образуют споры; содержимое клетки при этом покидает оболочку и существенно увеличивается в размерах.

Диатомовые – наиболее распространённая группа водорослей; они обитают в планктоне и бентосе, в иле на дне пресноводных водоёмов, на водных растениях и предметах, на сырой земле и во мху. Ископаемые диатомеи известны с юрского периода; мощные отложения остатков этих организмов образуют осадочную породу диатомит (трепел), используемую человеком в качестве наполнителя, изолятора или фильтра.

Среди золотистых водорослей (Chrysophyta) встречаются одноклеточные, колониальные, реже многоклеточные (кустистые, нитевидные) пресноводные организмы длиной до 2 см. Хлоропласты золотисто-жёлтого или бурого цвета. Большинство одноклеточных золотистых водорослей подвижны и обладают несколькими жгутиками либо ложноножками, некоторые одеты панцирем из чешуек. Размножаются делением клетки надвое; способны образовывать пропитанные кремнезёмом цисты. Несколько сотен видов, некоторые из них гетеротрофы.

Жёлто-зелёные водоросли (Xanthophyta) нередко объединяют с двумя предыдущими группами в один отдел. Это одноклеточные, колониальные и многоклеточные пресноводные формы, свободноплавающие или прикреплённые. Способ питания, в основном, фототрофный. Одноклеточные жёлто-зелёные водоросли обычно имеют два жгутика разной длины и окружены твёрдой оболочкой из пектина. Размножаются делением пополам и спорами. Описано более 500 видов.

Большинство зелёных водорослей (Chlorophyta) – микроскопические пресноводные формы. Некоторые водоросли (плеврококк) обитают на деревьях, образуя хорошо заметный зелёный налёт на коре. Нитчатые спирогиры образуют длинные волокна тины в ручьях. Встречаются и колониальные формы (например, вольвокс).

Зелёные водоросли содержат хлорофилл, придающий им соответствующую окраску, а также другие пигменты (каротин, ксантофилл), содержащиеся и в высших растениях; скорее всего, эти водоросли – их непосредственные предки. Многоклеточные зелёные водоросли имеют нитевидную либо пластинчатую форму, некоторые из них не разделены на клетки. Подвижные одноклеточные водоросли снабжены жгутиками. Оболочка клеток состоит из целлюлозы.

Зелёные водоросли размножаются бесполым (частями слоевища, делением пополам, образованием спор) и половым путём (так, у растущих недалеко друг от друга экземпляров нитчатых водорослей клетки соединяются короткими трубками, по которым одна из клеток как гамета «перетекает» в другую). У одних зелёных водорослей органы полового и бесполого размножения присутствуют на одном и том же экземпляре, у других существуют спорофиты и гаметофиты. Среди 6000 видов (7 классов) зелёных водорослей встречаются употребляемые человеком в пищу (например, ульва), а также разводимые человеком для очистки сточных вод, в качестве регенерирующего элемента в замкнутых экосистемах (например, хлорелла).

Харовые водоросли, или лучицы (Charophyta) – отдел многоклеточных водорослей, иногда объединяемых с зелёными водорослями. Клеточные стенки нередко содержат карбонат кальция. От серовато-зелёного высотой 2,5–10 см (иногда до 1 м) отходят боковые отростки. В субстрате закрепляются ризоидами. Размножение половое либо вегетативное. Около 300 видов в пресных водоёмах; известны с девона.

Красные водоросли, или багрянки (Rhodophyta) обладают характерной красной окраской, обусловленной наличием пигмента фикоэритрина. У некоторых форм окраска тёмно-красная (почти чёрная), у других розоватая. Морские (реже пресноводные) нитевидные, листовидные, кустистые или корковые водоросли с очень сложным половым процессом. Багрянки обитают преимущественно в морях, иногда на большой глубине, что связано со способностью фикоэритрина использовать для фотосинтеза зелёные и синие лучи, глубже других проникающие в толщу воды (максимальная глубина 285 м, на которой обнаружены красные водоросли, – рекорд для фотосинтезирующих растений). Некоторые красные водоросли обитают в пресной воде и почве. Около 4000 видов делятся на два класса. Из некоторых багрянок добывают агар-агар и другие химические вещества, порфира используется в пищу. Ископаемые красные водоросли обнаружены в отложениях мелового периода.

Отдел бурые водоросли (Phaeophyta), возможно, самый совершенный среди водорослей, включает в себя 1500 видов (3 класса), большинство из которых – морские организмы. Отдельные экземпляры бурых водорослей могут достигать в длину 100 м; они образуют настоящие заросли, например, в Саргассовом море. У некоторых бурых водорослей, например, ламинариевых, наблюдается дифференциация тканей и появление проводящих элементов. Многоклеточные слоевища своей характерной бурой окраской (от оливково-зелёной до тёмно-бурой) обязаны пигменту фукоксантину, который поглощает большое количество синих лучей, проникающих на большую глубину. Таллом выделяет много слизи, заполняющей внутренние полости; это препятствует потере воды. Ризоиды либо базальный диск настолько плотно прикрепляют водоросль к грунту, что оторвать её от субстрата чрезвычайно сложно. У многих представителей бурых водорослей имеются специальные воздушные пузыри, позволяющие плавающим формам удерживать слоевище на поверхности, а прикреплённым (например, фукусу) – занимать вертикальное положение в толще воды. В отличие от зелёных водорослей, многие из которых растут по всей длине, у бурых водорослей есть верхушечная точка роста.

Половое размножение бурых водорослей связано с образованием подвижных жгутиковых гамет. Их гаметофиты часто совершенно не похожи на спорофиты, производящие споры. Бурые водоросли используются для получения альгиновых кислот, йода, кормовой муки; некоторые виды (например, ламинария) употребляются в пищу. «Цветение» водорослей, происходящее, когда в водоёмы сбрасываются сточные воды с большим количеством питательных веществ, являются серьёзной проблемой для рыбоводства.

Использование багрянок

Багрянки применяются в промышленности и кулинарии. Они содержат большое количество витаминов и микроэлементов, а их основу составляет легкоусвояемый белок. Жирные кислоты красных водорослей помогают в обновлении кожи за счёт участия в процессе строительства мембран клеток. Из них выделяют агар-агар, который используют как натуральный заменитель желатина.

Виды красных водорослей, которые используются для производства агара:

• церамиум;
• грацилария;
• анфельция;
• гелидиум.

В косметологии багрянки применяют в создании средств для борьбы со старением кожи. Они являются антиоксидантами и предупреждают окислительные процессы в организме. Кроме того, содержащиеся в этих растениях каротиноиды и полисахариды увлажняют кожу и имеют лифтинг-эффект.

Менее ценные виды багрянок используют в сельском хозяйстве для удобрения почвы и кормления скота. На морском дне они выступают источником пищи и укрытием для глубоководных обитателей.

Красные водоросли обладают рядом свойств, благодаря которым используются в медицине и близких к ней областях. Они участвуют в восстановлении клеток поджелудочной железы, входят в состав отхаркивающих препаратов.

Багрянки имеют такие полезные качества:

• иммуномодулирующее;
• противовирусное;
• антимикробное;
• противобактериальное;
• антимутагенное;
• противовоспалительное;
• антигрибковое.

С помощью агар-агара производят мягкие капсулы для лекарственных препаратов, которые нужно рассасывать. Важнейшим компонентом вида хондрус (ирландский мох) являются полисахариды под названием каррагены. Они имеют свойство препятствовать росту клеток вируса ВИЧ.

Бурые водоросли

Бурые водоросли – это отдел охрофитовых водорослей. В современной биологии насчитывается около 2000 видов бурых водорослей. Абсолютное большинство бурых водорослей обитают в морях.

Только 6 видов в процессе эволюции смогли приспособиться к обитанию на суше. В хроматофорах бурых водорослей содержится фукоксантин – пигмент, который придает им бурую окраску.

Наиболее известными бурыми водорослями являются Ламинария, Цистозейра и Макроцистис. Фактически полное отсутствие хлорофилла делает бурые водоросли независимыми от процесса фотосинтеза. Именно поэтому ареол их обитания – морское дно.

Разведение в домашних аквариумах

С недавних пор содержание аквариумов не ограничивается уходом за рыбками. Аквадизайн с каждым годом приобретает популярность. Красные водоросли как базовый элемент аквариумного декора придают ему изысканный вид и атмосферу жарких стран. Однако не всегда багрянки могут хорошо вписаться в хрупкую экосистему домашнего аквариума. Они требуют создания особых условий и тщательного ухода.

Если не придерживаться правил ухода за растениями, они могут в считанные дни разрастись и заполнить все окружающее пространство. Это является главным сигналом нарушения биологического баланса в аквариуме. Багрянки, являясь растениями-паразитами, могут развиваться не только на стеблях других водорослей, но и на камнях и других элементах декора.

Чтобы предотвратить нарушение микросреды аквариума, необходимо:

1. Дозировать освещение.
2. Завести травоядных рыбок.
3. Снизить аэрацию и поставить на фильтр рассеиватель для ограничения питания.
4. Чаще менять воду (до 20%) и дренировать грунт.

Красные водоросли являются важными представителями растительного мира морей и пресноводных водоёмов. Им нашли применение во многих сферах жизни, а их полезные свойства продолжают занимать внимание исследователей.

Общая характеристика водорослей

Водоросли – это экологическая гетерогенная группа фототрофных многоклеточных, колониальных и одноклеточных организмов, которые зачастую обитают в водной среде. Все виды водорослей объединены между собой следующими признаками:

— наличие фотоавтотрофного питания и хлорофилла;

— отсутствие строгой дифференцировки тела на органы;

— хорошо выраженная проводящая система;

— обитание во влажной среде;

— отсутствие покровной оболочки.

Основные особенности автотрофов

Автотрофами именуют живые организмы, производящие собственную пищу (органического происхождения) из простых молекул. Выделяют два основных типа автотрофов:

• Фотоавтотрофы (фотосинтезирующие организмы), например, растения, которые используют энергию солнца для их преобразования в органические вещества — углеводы путем фотосинтеза из углекислого газа. Иными примерами фотоавтотрофов являются цианобактерии и водоросли.
• Хемоавтотрофы приобретают органические соединения посредством химических реакций, в которых задействованы определенные неорганические соединения: аммиак, сероводород, водород.

Именно автотрофы считаются базой любой экосистемы на нашей планете. Они входят во многие пищевые сети и цепи, а энергия, которая получается в ходе хемосинтеза либо фотосинтеза, поддерживается остальными организмами экологических систем.

Говоря о том, какой способ питания для водорослей характерен, отметим, что они — типичные представители фотоавтотрофов. Если ведется речь о значении в питательных цепочках, то автотрофы называют производителями либо продуцентами.

Специфические особенности

Размножение осуществляется простым делением клетки для одноклеточных видов, для нитчатых — благодаря фрагментам материнской нити. Они могут фиксировать азот, поэтому поселяются в тех местах, в которых практически нет питательной среды. Такой способ питания водорослей позволяет им комфортно существовать даже на вулканах после их извержения.

Зеленые водоросли имеют хлорофиллы «а» и «б». Такой набор есть у высших и эвгленовых растений. У них также есть определенный набор дополнительных пигментов, в том числе ксантофиллы: зеаксантин, лютеин.

Для них характерен фотоавтотрофный тип питания водорослей, связанный с фотосинтезом по значимости и масштабам. В различных отделах есть такие виды, которые можно именовать строгими фотосинтетиками.