Жизненный цикл уникальной спирогиры: от возникновения замысла до завершения полета
Спирогира – одна из самых распространенных пресноводных водорослей. Она образует характерные ватообразные скопления зеленого цвета на поверхности водоемов. Несмотря на простое строение, спирогира обладает уникальным механизмом размножения, включающим как бесполое, так и половое размножение.
В данной статье мы подробно рассмотрим особенности строения спирогиры, этапы ее жизненного цикла, а также значение этой водоросли в природе.
Строение спирогиры
Спирогира представляет собой нитчатую водоросль, состоящую из одного ряда цилиндрических клеток, заключенных в общую слизистую оболочку. Клетки спирогиры достаточно крупные, хорошо видны невооруженным глазом, что делает ее удобным объектом для изучения строения водорослей. Каждая клетка окружена плотной целлюлозной клеточной стенкой и заполнена вакуолью с клеточным соком. Ядро располагается в цитоплазме на цитоплазматических тяжах.
- В пристеночном слое цитоплазмы находятся лентовидные, спирально закрученные хлоропласты зеленого цвета, выполняющие функцию фотосинтеза.
- Запас питательных веществ откладывается в виде крахмала.
- В цитоплазме можно заметить пульсирующие вакуоли, регулирующие осмотическое давление в клетке.
Отличительной особенностью спирогиры является наличие выростов - половых органов, с помощью которых осуществляется половое размножение. Эти выросты образуются на смежных клетках двух нитей спирогиры и постепенно сближаются.
Таким образом, строение клеток спирогиры позволяет ей осуществлять процессы жизнедеятельности - питание, рост, размножение. Это обеспечивает спирогире выживание и широкое распространение в пресных водоемах.
Жизненный цикл спирогиры во многом зависит от особенностей ее строения.
Размножение спирогиры
Спирогира размножается двумя способами - вегетативно и половым путем (конъюгацией). Вегетативное размножение заключается в образовании новых нитей из клеток материнской особи. Этот способ характерен для многих низших водорослей и позволяет спирогире быстро распространяться, заселяя новые местообитания.
При половом размножении происходит конъюгация - слияние содержимого клеток двух разнополых нитей спирогиры. Конъюгация может быть лестничной или боковой. При лестничной конъюгации сливаются клетки из разных участков нитей, а при боковой - соседние клетки двух нитей. Жизненный цикл спирогиры начинается с того, что клетки соседних нитей соединяются боковыми выростами, образуя копуляционный канал. Затем происходит перетекание протопласта одной клетки в другую и слияние его содержимого с содержимым принимающей клетки.
Объединенная клетка, называемая зиготой, отделяется от нити, окружается плотной оболочкой и превращается в зимующую спору - зигоспору жизненный цикл спирогиры. После перезимовки зигоспора делится мейотически, образуя четыре гаплоидные споры. Три из них погибают, а четвертая прорастает в новую нить спирогиры. Таким образом восстанавливается гаплоидное поколение водоросли.
Конъюгация спирогиры происходит в теплое время года при температуре 18-30°C в мелководных хорошо прогреваемых местах водоема с pH 6,9-8,2 - именно в такой жизненный цикл спирогиры среде обитания наиболее комфортно для этого процесса. Благодаря конъюгации происходит рекомбинация генетического материала и повышается изменчивость популяции, что важно для адаптации спирогиры к меняющимся условиям среды.
Распространение спирогиры
Спирогира относится к наиболее широко распространенным водорослям в пресных водах всех регионов земного шара. Она встречается также в солоноватых водах морей и океанов. Этот род предпочитает обитать в стоячих или медленно текущих водоемах - прудах, озерах, болотах, канавах, речках.
Спирогира образует обширные скопления в виде хлопьев и ватообразных подушечек разного цвета в зависимости от пигментации. Эти скопления либо плавают на поверхности воды, либо стелются по дну водоема. Иногда массовое развитие спирогиры приводит к "цветению" воды.
Другая особенность спирогиры - способность обитать на большой высоте над уровнем моря. Ее находили на высоте свыше 5000 м, где температура и другие условия среды довольно экстремальны для водорослей. Кроме того, спирогира жизнеспособна в минеральных источниках с повышенной концентрацией солей.
Такая экологическая пластичность спирогиры обусловлена ее неприхотливостью и приспособленностью к широкому диапазону температур, освещенности, кислотности и минерального состава воды. Видимо, за миллионы лет эволюции этот род приобрел способность к быстрой адаптации к меняющимся условиям среды
Эволюционные процессы
В популяциях спирогиры постоянно идут эволюционные процессы - естественный отбор, мутации, рекомбинации генов при половом размножении. В результате формируются новые экотипы, приспособленные к обитанию в тех или иных местообитаниях. Так спирогира заселяет самые разнообразные водоемы на всех континентах.
Человек также способствует расселению спирогиры, занося ее при перевозках воды или грунта в новые места. Видимо, именно так спирогира попала в замкнутые водоемы высокогорий и минеральных источников. Кроме того, эвтрофикация водоемов стимулирует массовое развитие этой водоросли.
Таким образом, природные и антропогенные факторы в совокупности обеспечивают огромный ареал спирогиры, охватывающий практически все пресноводные экосистемы Земли. Этот удивительно пластичный и неприхотливый род водорослей продемонстрировал высокую способность к расселению и освоению новых местообитаний.
Значение спирогиры
Спирогира играет важную экологическую роль как продуцент органического вещества в пресноводных экосистемах. Благодаря фотосинтезу эта водоросль производит из углекислого газа и воды органические соединения, являющиеся пищей для других гидробионтов. Также спирогира выделяет кислород, необходимый всем аэробным организмам водоема.
При массовом развитии спирогира способна создавать значительную биомассу, служащую кормом для зоопланктона, беспозвоночных, молоди рыб. Некоторые виды рыб, например белый амур, поедают спирогиру и могут эффективно контролировать ее чрезмерное разрастание в прудах и водохранилищах.
Вместе с тем, чрезмерное размножение спирогиры приводит к нежелательному явлению «цветения» воды, при котором значительная часть водоема покрывается плавающими ватными подушками этой водоросли. Это нарушает газообмен с атмосферой, затрудняет доступ света в толщу воды, в результате чего ухудшаются условия для других гидробионтов.
Кроме того, при массовом отмирании спирогиры ее биомасса подвергается разложению, что приводит к дефициту растворенного кислорода и заморам рыб. Также выделяющиеся при разложении токсины могут создавать проблемы для качества воды.
Поэтому необходимо следить за численностью спирогиры в водоемах питьевого и хозяйственного назначения и при необходимости проводить мероприятия по ее ограничению - внесение глины, сокращение поступления биогенных элементов, биоманипуляции.
В народной медицине спирогиру используют для лечения некоторых кожных заболеваний. Ее настой применяют в виде компрессов и примочек при ушибах, растяжениях, воспалениях для уменьшения боли и отечности. Однако медицинского подтверждения эти свойства пока не получили.
Определенный интерес представляет изучение молекулярных механизмов адаптации спирогиры к экстремальным условиям среды - низким температурам, интенсивному УФ-излучению, повышенной минерализации воды. Эти сведения могут использоваться при создании генно-модифицированых форм водорослей для практических целей.
Таким образом, спирогира играет в природе роль важного продуцента органического вещества и регулятора качества водной среды. При избыточном развитии эта водоросль может ухудшать экологическое состояние водоема. Контроль за численностью спирогиры необходим для поддержания здоровья водных экосистем и обеспечения потребностей человека.