Размножение бурых водорослей. Бурые водоросли фукус и ламинария – эликсиры молодости из морских глубин К бурым морским водорослям относятся

Экологическая группа и условия обитания

Отдел бурые водоросли (Phaeophyta) насчитывает около 1500 видов.

Бурые водоросли обитают практически только в морях (в пресных водоемах встречается всего несколько видов). Глубина обитания относительно небольшая , для большинства видов — 5-15 м, но некоторые виды распространены до глубины 40-100 м и даже 200 м. Бурые водоросли входят в экологическую группу бентосных (донных) организмов.

Строение бурых водорослей

Предшественниками хлоропластов бурых водорослей считаются бактерии, близкие к Heliobacterium chlorum. Основной фотосинтетический пигмент — хлорофилл а, вспомогательные — каратиноиды, в том числе бурый фукоксантин и желтые ксантофиллы. Вспомогательные пигменты бурых водорослей расширяют спектр поглощаемого ими света в сине-зеленой области.

Запасное вещество - близкий к крахмалу растворимый углевод ламинарии.

Слоевище (таллом) — только многоклеточное. Крупные, иногда многометровые слоевища бурых водорослей удерживаются на плаву благодаря расположенным в талломе воздушным пузырькам. У многих представителей бурых водорослей наметилась дифференцировка тканей. Внутри слоевища проходят сосудистые пучки , напоминающие флоэму высших растений. Появление сосудистой системы связано с необходимостью транспорта питательных веществ но многометровому слоевищу — от верхних, фотосинтезирующих, частей растения к нижним, у которых условия для фотосинтеза хуже.

Рис. Строение бурых водорослей

Размножение

У бурых водорослей встречаются вес формы полового размножения изогамия, гетерогамия и оогамия. Имеет место чередование поколений, обычно гетероморфных. Бесполое размножение — зооспорами и кусочками слоевища (вегетативное размножение).

Значение бурых водорослей

Бурые водоросли образуют на относительно небольшой глубине целые «подводные леса», окружающие сплошной стеной побережья всех морей и океанов обоих полушарий. Эти «подводные леса» служат источником пищи, укрытием и местом размножения для огромного числа морских обитателей, в том числе и для многих промысловых рыб. После отмирания водоросли образуют детрит, являющийся кормом для планктонных организмов.

Бурые водоросли распространены повсеместно, однако самые крупные виды встречаются в морях умеренных и северных широт.

Рис. 1. Бурые водоросли: а) макроцистис (Macrocystus); в) саргассум (Sargassum); в) фукус (Fucus); г) ламинария (Laminaria)

Типичные представители отдела

В дальневосточных морях широко распространена бурая водоросль ламинария (морская капуста), длина слоевища которой составляет 5-6 м. Морская капуста используется в пищу народами Юго-Восточной Азии.

На Тихоокеанском побережье Южной Америки встречается гигантская бурая водоросль макроцистис. Ее громадное слоевище достигает в длину 50-60 м. Интересно, что вырастает оно всего за один сезон.

На литорали (обнажающейся при отливе части дна) северных морей обширные заросли образует фукус (длина слоевища до 2 м).

Для Южной Атлантики (Саргассово море) характерны огромные скопления бурой водоросли саргассума. «Саргассо» по-испански означает «виноград», и действительно, группы воздушных пузырьков, удерживающих на плаву слоевище этих водорослей, напоминают виноградные гроздья. Виды саргассума, обитающие в Саргассовом море, — единственные бурые водоросли, плавающие по поверхности воды, а не прикрепленные к дну.

Хозяйственное значение

Клетки бурых водорослей покрыты поверх целлюлозной оболочки слоем особого углевода — пектина, состоящего из альгиновой кислоты или ее солей (альгинатов). При смешении с водой (в соотношении 1:300) альгинаты образуют вязкий раствор.

Альгинаты используются чрезвычайно широко:

• в пищевой промышленности (при получении мармеладов, соков, пастилы и т.д.);
• в парфюмерии (изготовление кремов, паст, гелей и т.д.);
• в медицине и фармацевтической промышленности (при изготовлении мазей, паст, растворимых хирургических нитей);
• в химической промышленности (при производстве лаков, красок, клеящих веществ, не теряющих своих качеств при замораживании и размораживании; пластических масс, пластификаторов, синтетических волокон);
• в книгопечатании (для улучшения качества печати);
• альгинаты делают невыцветающими и непромокаемыми натуральные ткани, их используют для улучшения качества формовочной земли в литейном деле, для изготовления электродов (повышающих качество сварных швов) и во многих других отраслях народного хозяйства.

Из бурых водорослей получают шестиатомный спирт маннит , применяемый в качестве кровезаменителя, как лекарство при лечении диабета, а также в легкой и химической промышленности (при производстве бумаги, лаков, красок, взрывчатых веществ и для выделки кожи).

Бурую водоросль ламинарию (морскую капусту) употребляют в пищу.

Бурые водоросли используют и как лекарство: в качестве мягкого слабительного, при лечении заболеваний сосудов, а также в качестве источника йода и микроэлементов при заболеваниях щитовидной железы. Йод впервые был получен именно из бурых водорослей, и в прошлом они были основным сырьем для его производства. В настоящее время масштабы этого производства резко сократились в связи с появлением более рентабельных источников получения йода.

Бурые водоросли могут быть использованы в качестве индикаторов месторождений золота , поскольку способны накапливать его в клетках слоевища.

Бурые водоросли используются и в сельском хозяйстве — в качестве удобрения и на корм скоту.

Относят 250 родов и около 1500 видов. Наиболее известные представители – ламинария, цистозейра, саргасс.

Это, в основном, морские растения , только 8 видов являются вторично пресноводными формами. Бурые водоросли распространены в морях земного шара повсеместно, достигая особенного разнообразия и многочисленности в холодных водоемах приполярных и умеренных широт, где формируют большие заросли в прибрежной полосе. В тропическом поясе наиболее крупное скопление бурых водорослей отмечается в Саргассовом море, их массовое развитие обычно происходит зимой, когда температура воды понижается. Обширные подводные леса образованы ламинариевыми водорослями у побережья Северной Америки.

Бурые водоросли обычно прикреплены к твердому субстрату, к примеру, камням, скалам, раковинам моллюсков, слоевищам других водорослей. По размерам они могут достигать от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров. Многоклеточное слоевище окрашено от оливково-зеленого до темно-бурого цвета, так как в клетках, кроме хлорофилла, имеется значительное количество коричневых и желтых пигментов. Эти растения имеют наиболее сложное строение из всех водорослей: у некоторых из них клетки сгруппированы в один-два ряда, чем напоминают ткани высших растений. Виды могут быть как однолетние, так и многолетние.

Таллом . У водорослей данной группы слоевища могут быть различной формы: стелющиеся либо вертикально «висящие» нити, пластинки (цельные или изрезанные) или ветвящиеся кусты. К твердому субстрату талломы прикреплены посредством ризоидов (подошвы). Для высших бурых водорослей порядка ламинариевых и фукусовых характерна дифференциация тканевых структур и появление проводящих систем. В отличие от водорослей других групп, бурым свойственно наличие многоклеточных волосков с базальной зоной роста.

Строение клетки . Покровом служит толстая клеточная стенка, состоящая из двух или трех слоев, сильно ослизняющаяся. Структурными компонентами клеточной стенки являются целлюлоза и пектин. В каждой клетке бурых водорослей содержится одно ядро и вакуоли (от одной до нескольких). Хлоропласты мелкие, дисковидной формы, имеют бурую окраску из-за того, что кроме хлорофилла и каротина, в них имеется высокая концентрация бурых пигментов – ксантофиллов, в частности фукоксантина. Также в цитоплазме клетки откладываются запасы питательных веществ: полисахарида ламинарина, многоатомного спирта маннита и разных жиров (масел).

Размножение бурых водорослей . Размножение осуществляется бесполым и половым способом, редко вегетативно. Органами размножения служат спорангии, как одногнездные, так и многогнездные. Обычно есть гаметофит и спорофит, причем у высших водорослей они чередуются в строгой последовательности, тогда как у низших четкого чередования не происходит.

Значение . Значение бурых водорослей в природе и жизни человека велико. Они являются главным источником органических веществ в прибрежной зоне морей. В зарослях этих водорослей, занимающих огромные площади, находят убежище и пищу многие морские обитатели. В промышленности используются в производстве альгиновых кислот и их солей, для получения кормовой муки и порошка для изготовления лекарственных средств, содержащих в большой концентрации йод и ряд других микроэлементов. В аквариумах появление бурых водорослей связывают с недостаточным освещением. Некоторые виды употребляют в пищу.

18. Отдел 9. Бурые водоросли - Phaeophyta (Phaeophycophyta, Phaeophyceae) (Н. А. Мошкова)

Бурые водоросли - преимущественно морские многоклеточные растения, весьма крупные, сложно расчлененные, прикрепленные к субстрату. В настоящее время известно около 1500 видов бурых водорослей, относящихся к 240 родам. В пресных, большей частью холодных проточных водах умеренных широт до сих пор обнаружено 5 видов бурых водорослей. Благодаря незначительным размерам их талломов и редкой встречаемости, они остаются слабо изученной группой растений как в биологическом, так и в экологическом отношениях.

Общим внешним признаком индивидов бурых водорослей служит желтовато-бурая окраска их талломов, обусловленная наличием у них большого количества желтых и бурых пигментов. Талломы могут быть микроскопическими (несколько десятков микрометров) и гигантскими (30-50 м; у некоторых видов родов Laminaria Lamour., Macrocystis Ag., Sargassum Ag.). Форма талломов очень разнообразна: нитевидная, корковидная, мешковидная, пластинчатая (цельная или с разрывами, выростами и многочисленными отверстиями, гладкая или с продольными складками и ребрами), а также кустообразная.

Наиболее просто организованы талломы бурых водорослей порядка Ectocarpales. У примитивных организмов (Bodanella Zimmerm.) таллом представлен однорядными беспорядочно ветвящимися в одной плоскости нитями, плотно прилегающими к субстрату. Виды рода Ectocarpus Lyngb. имеют кустистые талломы, образованные однорядными восходящими обильно ветвящимися нитями, основанием которых служат стелющиеся ризоиды (рис. 18.1).

У некоторых представителей порядка Chordariales восходящие нити соединены в пучки, заключенные в слизь. При этом различают одноосевой тип строения таллома, при котором от основания поднимается вверх одна нить, а от нее ответвляются другие нити, идущие рядом с ней, и многоосевой тип строения, когда от основания поднимается вверх сразу пучок однорядных нитей. У высокоорганизованных бурых водорослей (Laminaria, Fucus Tourn., Sargassum) талломы дифференцированы и напоминают цветковые растения. У них имеются стебле-, листо- и корневидные части, некоторые крупные представители имеют воздушные пузыри, удерживающие ветви в вертикальном положении.

Рост бурых водорослей интеркалярный или апикальный. У наиболее примитивных форм происходит интеркалярный диффузный рост, у более эволюционно продвинутых водорослей намечается уже интеркалярная зона роста. Она обычно размещается в базальной части многоклеточных волосков и обусловливает трихоталлический рост, характерный для бурых водорослей.

На поверхности однорядных талломов бурых водорослей образуются многоклеточные нитевидные волоски. При этом различают волоски настоящие и ложные. Настоящие волоски имеют при основании интеркалярную зону роста, где клетки делятся часто и потому они более мелкие, короткоцилиндрические или дисковидные. Ложные волоски такой специальной зоны роста не имеют и представляют собой продолжение вегетативных однорядных нитей с сильно вытянутыми клетками, лишенными хлоропластов.

В многорядных слоевищах бурых водорослей наблюдается специализация клеток с образованием тканей - паренхиматозный тип структуры тела. В простейшем случае различают кору из интенсивно окрашенных клеток, содержащих большое количество хлоропластов и особых вакуолей - физод, и сердцевину, состоящую из бесцветных, часто более крупных клеток одинаковой формы. У более сложно организованных бурых водорослей (Laminariaceae, Fucaceae) коровой слой достигает значительной толщины и состоит из интенсивно окрашенных клеток разного размера и формы (рис. 18.2). Поверхностные четыре слоя коры образованы мелкими клетками, вытянутыми по направлению к поверхности. Эти верхние слои называют меристодермой - делящейся покровной тканью. Они способны активно делиться и производить волоски и органы размножения. Настоящие волоски размещаются на поверхности меристодермы рассеянно или пучками и часто погружены своими основаниями в особые углубления - криптостомы. Глубже под меристодермой лежит кора из более крупных окрашенных клеток. В центральной бесцветной части таллома можно различать две группы клеток. В центре находятся рыхло- или плотнорасположенные нити с сильно вытянутыми клетками - сердцевина, между сердцевиной и корой лежат крупные бесцветные клетки - промежуточный слой. Сердцевина бурых водорослей служит не только для транспорта продуктов фотосинтеза, но и выполняет механическую функцию; в ней часто имеются тонкие нити с толстыми продольными оболочками. Наиболее сложным анатомическим строением отличаются представители порядка Laminariales, у которых в сердцевине развиваются слизистые каналы с особыми секреторными клетками для транспортирования продуктов фотосинтеза - сито- видные трубки и трубчатые нити.

Талломы бурых водорослей прикреплены к грунту или другим субстратам и лишь иногда, вследствие механического повреждения, отрываются и свободно плавают. Органами прикрепления обычно являются длинные выросты - ризоиды, у крупных форм они массивные и представляют собой короткие корневидные выросты, охватывающие субстрат наподобие птичьих когтей. У представителей порядка Fucales и некоторых других водорослей органом прикрепления является дисковидное разрастание в основании таллома - базальный диск, уплощенный либо конический, плотно пристающий к грунту.

Ветвление бурых водорослей моноподиальное. Боковые веточки очередные, рассеянные или супротивные. При быстром дорастании их до размеров главной нити (материнских клеток) возникает дихотомовидное ветвление. Довольно часто очередные и супротивные ветви размещаются в одной плоскости и водоросли приобретают своеобразный перистый вид. Правильность размещения веточек нередко маскируется вторичными разветвлениями.

Среди бурых водорослей есть виды с эфемерными, однолетними и многолетними талломами. На продолжительность существования талломов большое влияние оказывают экологические условия. Многолетние талломы бурых водорослей бывают нескольких типов. У одних водорослей таллом многолетний, каждый год отмирают только побеги, на которых развивались органы размножения (Fucales), у других (Laminariales) многолетними являются ствол и органы прикрепления, пластинчатая часть - однолетняя. У некоторых тропических видов саргассовых водорослей многолетним бывает только диск, служащий для прикрепления таллома.

Клетки бурых водорослей одноядерные, шаровидные, эллипсоидные, боченковидные, большей частью цилиндрические, вытянутоцилиндрические или короткоцилиндрические, дисковидные, иногда многоугольные или неопределенных очертаний. Разнообразны они также по размерам. Ядро обычного для эукариот типа.

Оболочка клеток двуслойная. Внутренний слой целлюлозный, однако целлюлоза бурых водорослей по своим свойствам отличается от целлюлозы цветковых растений и потому ее иногда называют альгулезой. Внешний слой оболочки пектиновый, состоит обычно из белковых соединений альгиновой кислоты и ее солей. Благодаря такому строению оболочка бурых водорослей может сильно набухать, превращаясь в слизистую массу иногда значительного объема. У большинства бурых основой пектина является камедевидное вещество - альгин (растворимая натриевая соль альгиновой кислоты), у некоторых - фукоидин.

Содержимое соседних клеток бурых водорослей сообщается посредством плазмодесм. В клетках с толстыми оболочками (в крупных слоевищах) хорошо выражены поры.

Клетки бурых водорослей имеют одну крупную или несколько мелких вакуолей. Кроме того, встречаются физоды - очень мелкие вакуоли (до 4 мкм в диаметре), заполненные фукозаном - соединением, подобным танину. В молодых клетках физоды бесцветные, в старых - окрашены в желтый или бурый цвет.

Хлоропласты пристенные, большей частью многочисленные, мелкие, дисковидные, реже лентовидные или пластинчатые. Однако по мере старения клеток форма хлоропластов может изменяться и вместо узких лентовидно изогнутых в клетках могут появиться многочисленные дисковидные хлоропласты. Пиреноиды имеются или в хлоропластах вегетативных клеток или только в хлоропластах гамет; у ряда видов пиреноиды вообще отсутствуют или встречаются редко.

Бурые водоросли отличаются своеобразным сложным набором пигментов. В хлоропластах обнаружены хлорофиллы а, с (хлорофилл b отсутствует), β- и ε-каротины, а также несколько ксантофиллов-фукоксантин, виолаксантин, антераксантин, зеаксантин и др. Из них особенно специфичен фукоксантин интенсивно бурого цвета. Различные соотношения этих пигментов обусловливают окраску бурых водорослей от оливково-желтоватого до темно-бурого, почти черного цвета.

Продуктами ассимиляции бурых водорослей являются разные растворимые в клеточном соке углеводы - ламинарии (полисахарид), маннит (шестиатомный спирт, играющий существенную роль в обмене веществ), а также масло.

У бурых водорослей встречаются бесполое и половое формы размножения. Однако вегетативное размножение фрагментацией таллома нельзя считать безусловным. Оно наблюдается лишь тогда, когда оторванные талломы попадают в более или менее защищенные места и продолжают там вегетацию. При этом их нижние более старые части отмирают, разрушаются, а молодые ветви развиваются в самостоятельные растения, не прикрепленные, однако, к грунту. Такие растения, плавающие или лежащие на грунте, никогда не образуют органов полового и бесполого размножения.

Специальные почки вегетативного размножения имеются лишь у видов рода Sphacelaria Lyngb. (рис. 18.3).

Бесполое размножение осуществляется подвижными зооспорами, образующимися помногу в одногнездных спорангиях. У наиболее просто организованных морских и пресноводных бурых водорослей (Ectocarpus, Sphacelaria, Pleurocladia А. Br. и др.) одногнездные спорангии представляют собой шаровидные или эллипсоидные клетки, которые располагаются как боковые выросты ветвей (рис. 18.4, 1). В спорангиях происходит редукционное деление ядра с последующими многократными митотическими делениями; одновременно с ядрами делятся хлоропласты. В результате образуется большое количество зооспор, которые освобождаются через разрыв оболочки на вершине спорангия и, недолго поплавав, прорастают в новое, такое же по внешности, но уже гаплоидное растение. У видов рода Laminaria зооспорангии образуют сорусы на поверхности листовидной пластины. Сорус состоит из парафиз и зооспорангиев (см. рис. 18.4, 2, 5). Парафизы представляют собой вытянутые клетки, с хлоропластами в верхнем расширенном конце, развивающиеся на поверхности таллома между органами размножения и служащие для их защиты. Оболочка парафиз на вершине сильно ослизняется, образуя своеобразный толстый слизистый колпачок. Слизистые колпачки соседних парафиз смыкаются, благодаря чему получается сплошной толстый слой слизи, защищающий сорус. Зооспорангии вытянутоэллипсоидные, с ослизненной оболочкой на вершине. В зооспорангии развивается в зависимости от вида по 16-128 зооспор. Первое деление ядра редукционное. Некоторые бурые водоросли размножаются неподвижными, лишенными жгутиков, спорами - апланоспорами. Моноспоры наблюдаются только у видов порядка Tilopteridales, тетраспоры - у видов порядка Dictyotales (Dictyota dichotoma (Huds.) Lamour., см. рис. 18.4, 4).

Половой процесс изо-, гетеро- и оогамный. Гаметы обычно образуются в многогнездных гаметангиях, по одной в каждой камере. Подвижные клетки бурых водорослей - зооспоры в гаметы имеют сходное строение - они грушевидные, с одним хлоропластом и двумя жгутиками, прикрепленными сбоку. Один жгутик более длинный, перистый, направлен вперед, другой - более короткий, гладкий, бичевидный, направлен назад. Стигма у подвижных клеток заметна не всегда. Хлоропласт мужских гамет при оогамии может быть бесцветным.

В цикле развития большинства бурых водорослей класса Phaeozoosporophyceae происходит смена форм развития и чередование полового и бесполого поколений, т. е. гаметофита (иногда еще и гаметоспорофита, если один и тот же организм может давать начало зооспорам и гаметам) и спорофита.

Эти процессы подробно описаны в разделе 3.2.3. Здесь остановимся лишь на некоторых особенностях циклов развития бурых водорослей. У наиболее примитивных морских бурых водорослей порядка Ectocarpales наблюдается изоморфная смена форм развития, однако строгое чередование поколений еще отсутствует. Из спор, образующихся спорофитом, могут развиваться как гаметофиты, так и спорофиты.

Правильная изоморфная смена форм развития наблюдается у представителей порядка Dictyotales. Наиболее широко распространенной из них является Dictyota dichotoma (Huds.) Lam., обладающая вильчато разветвленным талломом с плоскими, обычно расположенными в одной плоскости ветвями без продольного ребра (рис. 18.5).

Гетероморфную смену форм развития с обязательным чередованием спорофитов и гаметофитов имеют водоросли порядка Laminariales. Цикл развития их характеризуется правильной сменой мощного спорофита и микроскопического, просто устроенного гаметофита.

К бурым водорослям, не имеющим смены форм развития, а лишь смену ядерных фаз, относятся представители семейств Fucaceae, Cystoseiraceae и Sargassaceae. Нормальное воспроизведение их возможно только половым путем. Половой процесс - типичная оогамия. Половые органы развиваются в концептакулах (рис. 18.6). Из стенки концептакула вырастают длинные волоски - парафизы, заполняющие почти всю его полость. Особенно длинные волоски развиваются в женских концептакулах, где они в виде пучка выдаются из отверстия концептакула. Среди этих волосков развиваются оогонии и антеридии (рис. 18.7, 1-5). Антеридии в большом количестве образуются на концах особых однорядных разветвленных веточек, вырастающих из стенки концептакула. В их оболочке различимы два слоя. При созревании антеридия лопается его внешняя оболочка и антерозоиды выходят наружу в виде пакета, окруженного внутренней оболочкой. В морской воде внутренняя оболочка разрывается и антерозоиды грушевидной формы с крупным ядром и оранжевой стигмой, освобождаются. Оогонии шаровидные или эллипсоидные, снабженные трехслойной оболочкой, располагаются в концептакулах на короткой одноклеточной ножке. В оогонии образуется 8 яйцеклеток, они выходят в воду, окруженные двумя внутренними слоями оболочки оогония. Когда яйцеклетки полностью освобождаются от оболочек оогония, происходит оплодотворение. Оплодотворенная яйцеклетка вырабатывает собственную толстую оболочку и тотчас же начинает прорастать, образуя новое слоевище фукуса.

У пресноводных бурых водорослей циклы развития не исследованы.

Во взглядах на классификацию бурых водорослей существуют некоторые расхождения. По мнению ряда исследователей , отдел Phaeophyta делится на 2 класса: Phaeozoosporophyceae и Cyclosporophyceae. К циклоспоровым принадлежат бурые водоросли, у которых органы размножения развиваются в концептакулах и имеют крупные размеры, позволяющие видеть их на препаратах невооруженным глазом. К феозооспоровым относят все остальные бурые водоросли, многие из которых размножаются зооспорами. С 30-х годов появилась тенденция классифицировать бурые водоросли в зависимости от особенностей циклов развития. Тогда же было предложено разделить бурые водоросли на 3 класса: Isogenerate, Heterogenerate, Cyclosporae . Предложенная классификация получила весьма широкое распространение . Однако деление бурых водорослей на изогенератные и гетерогенератные довольно условно, поскольку в обоих классах в отдельных порядках существуют представители с противоположным типом смены форм развития. Придерживаясь взглядов отечественных альгологов, мы принимаем классификационную схему деления бурых водорослей на 2 класса - Phaeozoosporophyceae и Cyclosporophyceae.

Вопрос о происхождении бурых водорослей еще слабо разработан. А. Шерфелл связывал их происхождение с золотистыми (Chrysophyta). По мнению А. Пашера , существует филогенетическая связь бурых с криптофитовыми (Cryptophyta). Своеобразное строение жгутиков вместе с бурой окраской позволили М. Шадефо объединить в один большой отдел Chromophycophyta такие крупные таксоны, как Pyrrhophyta (куда он, кроме перидиней, включил криптофитовые и эвгленовые водоросли), Chrysophyta (к которым он отнес, кроме золотистых, желтозеленые и диатомовые водоросли) и Phaeophyta. По биохимическим свойствам из всех буроокрашенных организмов к бурым водорослям ближе всего диатомовые. Именно диатомовые и бурые водоросли характеризуются такими общими пигментами, как хлорофилле (свойствен также и перидинеям), фукоксантин (встречается и у золотистых) и неофукоксантины А и В. Принимая во внимание наличие ряда сходных черт между диатомовыми, золотистыми и бурыми водорослями, мы присоединяемся к мысли, высказанной рядом ученых , о возможности происхождения их от близких, если не общих, монадных предков.

Согласно Г. Папенфуссу , исходным порядком бурых водорослей является Ectocarpales. Паренхиматозное строение таллома, апикальный рост, оогамный половой процесс и гетероморфная смена форм развития в разных группах бурых водорослей развивались независимо друг от друга.

Морские бурые водоросли широко распространены во всех морях земного шара. Их заросли обычны в прибрежных водах Антарктиды и северных островов Канадского Арктического архипелага. Наибольшего развития они достигают в морях умеренных и приполярных широт, где благодаря низкой температуре и повышенной концентрации биогенных веществ, создаются наиболее благоприятные условия для их вегетации. Бурые водоросли заселяют по вертикали все горизонты шельфа. Их заросли встречаются от литоральной зоны, где они во время отлива часами находятся вне воды, до глубины 40-100 (200) м. И все же наиболее густые и обширные заросли бурых водорослей образуются в верхней части сублиторали до глубины 6-15 м. В этих местах при достаточной освещенности существует постоянное движение воды, вызываемое прибоем и поверхностными течениями, которое обеспечивает, с одной стороны, интенсивное поступление к талломам биогенных веществ, а, с другой, - ограничивает поселение растительноядных животных.

Обычно бурые водоросли обитают на скалистых или каменистых грунтах, и только в спокойных местах у берегов или на большой глубине они могут удерживаться на створках крупных раковин моллюсков или на гравии. Оторванные талломы сносятся течением в спокойные места с илистым или песчаным дном, где они при достаточной освещенности продолжают вегетировать. Виды с воздушными пузырями на талломе при отрыве от грунта всплывают к поверхности воды, образуя большие скопления (Саргассово море). Среди морских бурых водорослей имеется значительное количество эпифитных и эндофитных форм.

В морях умеренных и приполярных широт наибольшего развития бурые водоросли достигают в летние месяцы, хотя бурный рост их талломов начинается уже ранней весной, когда температура воды приближается к 0°С. В тропических морях массовое развитие бурых приурочено к зимним месяцам, когда температура воды несколько понижается. Некоторые виды морских бурых водорослей могут встречаться в сильно опресненных участках морей с соленостью меньше 5‰.

Роль в природе бурых водорослей чрезвычайно велика. Они являются одним из основных источников органического вещества в прибрежной зоне, особенно в морях умеренных и приполярных широт, где их биомасса может достигать десятков килограммов на 1 м 2 . Кроме того, заросли бурых водорослей служат местом размножения, укрытия и питания многих прибрежных животных; они создают также условия для поселения микроскопических и макроскопических водорослей других систематических групп.

Велико и хозяйственное значение бурых водорослей, особенно в качестве сырья для получения различного рода веществ (например, альгинатов - солей альгиновой кислоты, в частности альгината натрия). Это вещество широко используют для стабилизации разнообразных растворов и суспензий. Добавление небольшого количества альгината натрия повышает качество пищевых продуктов (консервов, мороженого, фруктовых соков и т. д.), разнообразных красящих и клеящих веществ. Альгинаты применяют в книгопечатании, при производстве пластмасс, синтетических волокон и пластификаторов, для получения стойких к атмосферным воздействиям лакокрасочных покрытий и строительных материалов. Они входят в состав высококачественных смазочных материалов для машин, растворимых хирургических нитей, мазей и паст в фармацевтической и парфюмерной промышленности. В литейном производстве с помощью альгинатов улучшают качество формовочной земли. Альгинаты находят применение в производстве электродов для электросварки, позволяющих получать более высококачественные швы. Бурые водоросли используют также как сырье для получения маннита, применяемого в фармацевтической промышленности, в пищевой промышленности - для изготовления диабетических продуктов питания, а в химической - в производстве синтетических смол, красок, бумаги, взрывчатых веществ, при выделке кож. Бурые водоросли содержат большое количество иода и других микроэлементов, поэтому они идут на приготовление кормовой муки. В свежем и переработанном виде их применяют в качестве удобрений.

Издавна бурые водоросли используют в медицине. Сейчас выявляются все новые направления их применения, например, для изготовления заменителей крови, для получения препаратов, предотвращающих свертывание крови и способствующих выведению радиоактивных веществ из организма. С давних времен бурые водоросли (преимущественно представители порядка Laminariales) употребляются человеком в пищу.

К негативным свойствам бурых водорослей относится их участие вместе с другими организмами в обрастании судов, буев, а также различных гидротехнических сооружений, погруженных в воду, что ухудшает их эксплуатационные показатели.

Интенсивное использование дикорастущих морских макрофитов, в частности бурых водорослей, привело к исчерпанию их природных запасов и поставило человечество перед необходимостью их искусственного выращивания. Поэтому в последние 30 лет значительное развитие получила аквакультура водорослей. В Норвегии и Великобритании не только успешно культивируют виды рода Laminaria, но и усовершенствуют технологию их производства . Во Франции проводят работы по акклиматизации представителей рода Macrocystis . Интенсивно развивается аквакультура морских водорослей в США. При этом особое внимание уделяется Macrocystis pyrifera . В СССР проводят исследования по искусственному разведению Laminaria saccharina (L.) Lam. в Белом море . Таким образом, выращивание морских водорослей приобретает промышленный характер и становится все более рентабельной отраслью растениеводства, несмотря на некоторые трудности экономического и экологического плана .

В пресных водах умеренных широт обнаружено 5 видов бурых водорослей из класса Phaeozoosporophyceae: Bodanella lauterbornii Zimmerm. (порядок Ectocarpales, семейство Ectocarpaceae) (рис. 18.8, 1), Pleurocladia lacustris A. Br. (порядок Chordariales, семейство Myrionemataceae) (рис. 18.8, 2). Heribaudiella fluviatilis (Aresch.) Sved. (порядок Chordariales, семейство Lithodermataceae (рис. 18.8, 3)), Streblonema longiseta Arnoldi (порядок Chordariales, семейство Streblonemataceae) (рис. 18.8, 4). Sphacelaria fluviatilis Jao (порядок Sphacelariales, семейство Sphacelariaceae) (рис. 18.8, 5).

Подводный мир морей и океанов всегда вызывал интерес у людей. Ведь очень полезно и любопытно узнать, какими видами растений и животных он представлен? Поэтому в течение уже многих десятков лет различные ученые проводят тщательные исследования в этой области. Накопилось огромное количество разнообразных сведений, человек научился применять для своих нужд практически все известные виды морских растений и животных.

Одним из таких полезных и значимых в хозяйственной деятельности людей представителей стали бурые водоросли. О них и поговорим подробнее.

Систематическое положение бурых водорослей

Класс Бурые водоросли занимает достаточно объемную часть всей флоры морей. На сегодняшний день насчитывается около полутора тысяч видов представителей, объединенных в 250 родов. Все они относятся к многоклеточным, причем чаще всего достаточно внушительных размеров.

Общий план систематического положения, которое занимают Бурые морские водоросли, можно представить так:

• Империя - Клеточные.
• Надцарство - Эукариоты.
• Царство - Растения.
• Подцарство - Водоросли или Низшие растения.
• Отдел - Охрофитовые водоросли.
• Класс - Бурые водоросли.

Среди бурых водорослей встречаются растения как малых размеров, так и настоящие гиганты. Рассмотрим, какие особенности они имеют в строении тела и кто к ним относится.

Общий план строения

Строение бурых водорослей мало чем отличается от такового у остальных их сородичей. Тело представлено талломом или слоевищем, не дифференцировано на части, не имеет листьев и корней. Органами прикрепления к субстрату служат специальные выросты, напоминающие небольшие корешки-щупальца, называемые ризоидами.

Большую часть жизни подавляющее число видов проводит, прикрепившись к субстрату. Однако есть и свободноплавающие по поверхности представители. Особенностью таллома можно назвать хорошо выраженные крупные листовые пластины. Иногда они имеют очень сильные рассечения, что делает строение бурых водорослей похожим на нити. Поэтому часто некоторых представителей так и называют - нитчатыми.

В химический состав клеток этих растений входят специальные вещества-пигменты, содержащиеся в хлоропластах. Это:

• фукоксантин;
• хлорофилл;
• ксантофилл.

Они призваны поглощать отдельные спектры солнечного излучения, которые способны проникать на большую глубину в толщу моря. Также пигменты этих видов придают соответствующую бурую окраску. Именно благодаря этому данные водоросли могут жить на глубине до 200 м, хотя предпочитают все же прибрежные зоны и глубину не ниже 15 м.

В клеточных стенках содержится специальная кислота - альгиновая, что является одной из причин добычи этих водорослей человеком. Среди бурых водорослей встречаются растения, на которых формируются специальные комочки, заполненные воздухом. Это нужно для того, чтобы держаться на плаву у поверхности воды, а также для того, чтобы внутри могли свободно развиваться половые клетки для размножения.

Сам процесс оставления потомства бывает трех типов:

1. Бесполое, при помощи спор.
2. Половое, с участием гамет.
3. Вегетативное, частями тела.

Еще одним интересным веществом, входящим в состав таллома бурых водорослей, является фукоидан. Это полисахарид сложного строения, который обладает широким спектром лечебного действия (противоопухолевое средство, противовоспалительное, антибактериальное, иммуномодулирующее). Это еще одна причина добычи бурых водорослей людьми.

Места распространения

К бурым водорослям относятся виды, предпочитающие моря. Однако представители четырех родов предпочитают жить в пресных водоемах - Херибаудиелла, Плеурокладия, Боданелла и Сфацелярия.

Встречаются данные растения повсеместно во всех морях земного шара, но максимальная их концентрация приходится на водоемы умеренных широт, а также зон Приполярья. Отдельные представители образуют значительную часть флоры солончаков.

Нужно заметить, что к бурым водорослям относятся гиганты, которые выбрали для своего места обитания Атлантический океан. Они образовали там целое море, названное в их честь Саргассово. Это

То есть климатические условия не столь важны для жизни таких растений, поэтому их распространение так широко и массово.

Представители класса: макроцистис

К бурым водорослям относятся макроструктуры, самым ярким примером которых являются макроцистисы. Это одни из самых крупных и массивных представителей этих растений. Длина таллома достигает 60 м, а масса культуры приравнивается к 150 кг.

Распространены они в основном в водах умеренной полосы. К особенностям строения можно отнести широкие листовидные талломы и воздушные шарики на них, служащие поплавком для удерживания у поверхности. Ризоиды также имеются на слоевище, прикрепляются эти растения к скалистым и каменистым субстратам на глубине около 25 м.

Состав клеток таллома включает в себя много полезных и важных для человека веществ, которые он широко использует, добывая макроцистисы. Какие это вещества?

1. Полисахариды и аминокислоты - используются в косметологической промышленности для добавления в кремы, тоники, лосьоны и так далее.
2. Йод, кремний, фосфор и другие элементы.
3. - используется в химической промышленности для получения искусственных волокон и тканей.

Сама водоросль систематически принадлежит к роду Ламинариевых.

Аналипус японский

Растение, составляющее семейство Хордариевые бурые водоросли. Представители данного таксона имеют вертикальное слоевище не слишком высокого размера. Так, аналипус достигает 30 см в длину. При этом от основной оси отходят боковые веточки, но, как правило, дальше они не ветвятся.

Ризоиды убраны в подошву, при помощи которой растение крепится к камням в прибрежных зонах Тихого океана и прилегающих территорий. Обычный вид для Сахалина, Камчатки, Японского моря и берегов Курильских островов.

Таллом этой водоросли многогнездный, развивается в течение жизни. В местах обитания с сильными прибоями водоросль принимает вид прижатого к дну растения, больше напоминающего корку.

Ламинария

Также важна бурая водоросль ламинария, представитель одноименного рода. Состоит из многочисленных видов, главным из которых считается Ламинария японская или Это растение распространено в Тихом и Атлантическом океане и представляет собой большую ценность для человека.

Строение тела представлено длинным, до 12 м талломом, имеющим вид широкой ленты бурого цвета. Ризоиды внизу слоевища служат для прикрепления к каменистым и скалистым субстратам.

Чем полезна людям ламинария?

1. Метионин - аминокислота, по содержанию которой данное растение чемпион даже среди наземных овощей.
2. Минералы, йод, микроэлементы - в большом количестве присутствуют в клетках ламинарии.
3. Углеводы придают этому растению высокую питательную ценность.

Благодаря такому составу, ламинария используется на корм животным, применяется в качестве ценного продукта для людей, известна своими свойствами в косметологии и диетологии.

Фукусы

Очень ценные в медицинском отношении и следующие представители - фукусовые (фукусы). Их другое название которое они получили за интересное строение слоевища. Оно очень лапчато-рассеченное и напоминает гроздья этого фрукта. Данные растения - кладезь всех возможных питательных и важных веществ, которые вообще содержат бурые водоросли. Представители насчитывают около 19 таксонов.

Внешне таллом невысокий, оливкового цвета, достаточно массивный, плотный. Места обитания растения: практически все моря и океаны, особенно

Вещества, входящие в состав и имеющие ценность:

• около 42 химических элементов;
• аминокислоты и жирные кислоты;
• витамины от группы А до РР;
• фукоидан.

Саргассумы

Также к бурым водорослям относятся такие растения, как саргассумы. Таллом достигает в длину до 10 м, особенностью считается способность формировать на верхушках воздушные шишечки, пузыри. Благодаря этому растения образуют целые заросли у поверхности воды (в части Атлантического океана Прикрепляются к каменистым поверхностям дна.

Основные области применения этих видов в пищу человеку (азиатские страны), на корм животным, добыча лекарственных веществ. Места обитания: тропические зоны.

Падины

Очень интересные бурые водоросли, цвет которых далек от названия класса. Больше напоминают белые грибочки волнушки своим красивым веерообразным небольшим слоевищем. Данное растение очень теплолюбиво, поэтому распространено в тропических зонах и у побережья Америки. Используется в основном в медицине и косметологии.

Чем в любых других овощах? Но это еще не самое удивительное о невероятных свойствах водорослей.

Что такое съедобные водоросли и какие бывают

Водоросли являются живыми организмами, населяющими морскую и пресную воду. Некоторые из них являются одноклеточными, в то время как другие очень напоминают наземные растения, хотя с точки зрения биологии, таковыми не являются. Водоросли представляют род Algae. Ученые говорят о существовании более 30 тысяч разновидностей этих организмов. Но съедобными считаются далеко не все из них.

Те, что попадают на наши столы, можно разбить на 3 группы: бурые, красные, зеленые.

Самые известные представители бурых водорослей – это ламинария, хидзики, фукус, лиму, вакаме (или чука). Ламинария – это всем известная . Эта водоросль – абсолютный чемпион в мире по содержанию йода.

Красные водоросли – это порфиру, далс, родимения, карраген. Порфиру одна из самых популярных разновидностей съедобных водорослей. Ну кто не слыхал о нори – водорослях, традиционно используемых для приготовления суши? А нори – это и есть водоросли порфиру.

Зеленые морские растения, используемые в качестве пищевого продукта, это всем известная спирулина, уми будо (она же морской виноград), ульва (известна также как морской салат), монострома (аонори). Кстати, уникальность спирулины в том, что она содержит невероятное количество – как минимум в 3 раза больше, чем мясо.

Химический состав

Химический состав съедобных водорослей разных типов немного отличается. Но в общих чертах набор полезных элементов в красных, бурых и зеленых разновидностях похож.

Итак, любые водоросли можно рассматривать как источник , и большинства веществ из . Также эти водные «растения» содержат много и , но больше всего, как же говорилось, йода (в каждом килограмме водорослей содержится в пределах 1 г йода). Кроме него, есть , и многие другие компоненты. Кстати, снижающий уровень в печени ванадий – это уникальный для продуктов питания компонент. Кроме водорослей, он содержится еще только в продуктах пчеловодства. Интересно и то, что по набору минералов морские водоросли очень напоминают химический состав человеческой крови.

Кроме того, эти организмы богаты , фенольными соединениями, растительными , а также лигнинами, и другими биологически ценными компонентами.

Порфира (нори)

Порфира – весьма распространенная водоросль. Живет в разных морях, в том числе Черном, Балтийском, Средиземноморском, Белом. Этот представитель красных водных «растений» полезен для предотвращения атеросклероза и снижения уровня холестерина. Эти свойства нори делают их полезными для людей с нарушениями работы сердечно-сосудистой системы. Помимо этого, нори известны как источник витаминов А, D и . Традиционно используется в японской, корейской и китайской кухнях.

Литотамния

Чрезвычайно богатый минерально-витаминный состав – это первое, что приходит в голову, когда речь идет о красной коралловой водоросли литотамнии. Исследователи насчитали в составе этого продукта больше 30 минералов, в том числе невероятно высокие порции магния и железа. Благодаря этому, литотамния считается одним из самых полезных продуктов для профилактики и лечения анемии.

Анфельция

Эта красная обитательница Черного моря, а также внешних морей Дальнего Востока и Севера напоминает небольшие шаровидные кустики. Обычно растет недалеко от берегов на глубине не превышающей 5 м. Именно анфельция является основой для производства натурального загустителя, известного как агар-агар. Это вещество используют в мармеладе, пастиле и некоторых других продуктах.

В медицине анфельция известна, как натуральное лекарство против рака молочной железы. Но злоупотребление продуктом может вызвать сильную диарею.

Филлофора ребристая

Это красная водоросль из Черного моря, распространенная в местах впадения рек в море. В течение многих лет служила источником йода. Активно используется в индустрии красоты как средство, эффективно замедляющее старение.

Польза для похудения

В некоторых видах водорослей исследователи нашли фермент, содержащийся также в – тот самый, который вызывает расщепление . С другой стороны, морские «растения» полезны и тем, что употребляя их с большим количеством , можно надолго избавиться от чувства голода. Это происходит потому, что водоросли, впитывая в себя жидкость, разбухают и в желудке создают ощущение наполненности. И все это на фоне небольшой калорийности, но богатого минерально-витаминного состава.

Для ускорения расщепления жиров полезно пить чай, заваренный из сбора трав и морских водорослей. Для этого средства берут в равных пропорциях кукурузные рыльца, одуванчик, крушину, цистозейру бородатую, толокнянку, иван-чай, солодку, люцерну и водоросли (желательно ламинарию и фукус). На литр кипятка берут 2 столовые ложки сбора, настаивают не меньше часа. Пить чай надо 5 раз в день по 100-150 мл. Курс лечения не должен длиться больше 2 месяцев. После 30-дневного перерыва повторить.

Возможные опасности от употребления

Потенциальный вред от водорослей возможен в случае аллергии на них. Кроме того, ламинария, например, противопоказана людям с болезнями почек, с язвой желудка, гастритом и больным на туберкулез. Людям с повышенной активностью щитовидной железы употреблять морские «растения» можно только с разрешения врача.

Сферы применения

Водоросли принадлежат к тем продуктам, которые человек использует в самых разных областях. Наиболее очевидное использование – в качестве еды. К тому же в пищевой промышленности ламинарии и фукус – это сырье для альгина ( , Е400), который используется в кондитерском деле в качестве загустителя и стабилизатора. Е400 обычно можно увидеть в составе некоторых конфет, мороженого, йогуртов и даже . Еще один представитель Е-компонентов, получаемый из красных водорослей, это Е406, он же загуститель агар-агар.

Как правильно готовить

Лучше всего употреблять в пищу свежие или высушенные водоросли. Готовить их можно несколькими способами: размочив, добавлять в готовые блюда, варить на пару или измельчить сухой продукт, смешать со специями и уже в таком виде добавлять в пищу.

Сегодня в супермаркетах водоросли – доступный товар. К тому же представленный в самых разных формах: мороженые, соленые, маринованные, вяленые, сушеные, в виде готовых салатов. Покупая сушеные водоросли, важно тщательно проверить герметичность упаковки. А вот белый налет на продукте не должен пугать – это признак правильно заготовленных «растений». Перед использованием высушенную морскую капусту заливают на некоторое время водой, после чего добавляют в салаты, бульоны, закуски, роллы.

Первыми включили водоросли в свой рацион жители азиатских стран. В восточной кухне этот продукт занимает почетное место. Но суши – далеко не единственное блюдо, в котором морские «растения» выглядят органично. Эта экзотика превосходно сочетается грибами, свеклой, водоросли можно тушить в масле, а также из них получается неплохая закуска к крепкому алкоголю.

Использование в косметологии

В салонах красоты процедуры с использованием водорослей – одни из самых популярных, но и недешевых удовольствий. А все потому, что эффективны. Одна из самых популярных процедур – антицеллюлитные обертывания с использованием морских водорослей. Также экстракт этого продукта добавляют в кремы, сыворотки, в том числе для чувствительной или проблемной кожи. Водоросли используют для ванн, средств для волос и масок для лица.

Биоактивные вещества, содержащиеся в водорослях:

• нормализуют обменные процессы;
• омолаживают увядающую кожу;
• восстанавливают структуру кожи;
• способствуют выработке коллагена и эластина;
• делают кожу упругой;
• увлажняют кожу и волосы;
• восстанавливают здоровый цвет лица;
• устраняют растяжки.

Эти полезные свойства водных «растений» активно используются в индустрии красоты во всем мире.

Исследователи говорят, что водоросли населяют нашу планету более 2 миллиардов лет. На протяжении нескольких веков люди употребляют их в пищу (хоть еще совсем недавно даже не догадывались, какими уникальными свойствами обладают эти организмы). Пользу водорослей, кажется, невозможно переоценить. Природа одарила этих удивительных жителей водоемов невероятными свойствами. И, несомненно, правы те, кто называет водоросли – супер-пищей. Но все же не стоит забывать, что чрезмерное увлечение даже таким полезным продуктом иногда может оказаться опасным.