Бурые водоросли - удивительная и малоизученная группа морских организмов. Они играют чрезвычайно важную роль в экосистемах Мирового океана, создавая среду обитания для множества других видов. Изучение бурых водорослей помогает понять закономерности эволюции многоклеточных организмов.
В данной статье рассматриваются строение, особенности жизнедеятельности и практическое использование бурых водорослей - гигантов океана, хранящих мудрость миллионов лет эволюции.
Удивительные обитатели океана
Бурые водоросли или Феофицеи (Phaeophyceae) - необычайно разнообразная группа морских водорослей, насчитывающая около 1500 видов. Они встречаются практически во всех морях и океанах земного шара, но наиболее распространены в приполярных и умеренных широтах. Большинство видов бурых водорослей - это многолетние растения с крупными многоклеточными талломами, прикрепляющиеся ризоидами к скалам или другим твердым субстратам. Доминанты морских фитоценозов по биомассе.
Бурые водоросли относятся к особой эволюционной ветви эукариот - Heterokontophyta или страменопилам. Класс Phaeophyceae появился сравнительно недавно - 150-200 миллионов лет назад. Их ближайшие родственники среди водорослей - представители класса Xanthophyceae. А по многим признакам Феофицеи очень похожи на высшие наземные растения. Например, они синтезируют целлюлозу и лигнин для строительства клеточных стенок, а также имеют побочные продукты фотосинтеза и запасные вещества, сходные с таковыми наземных растений.
Бурые водоросли накапливают бурый пигмент фукоксантин, маскирующий зеленые пигменты - хлорофиллы и каротиноиды. Отсюда их окраска варьирует от желтовато-бурой до темно бурой. Кроме фукоксантина для них характерно наличие специфических полифенольных соединений - флоротанинов, которые откладываются в вакуолях особого типа, называемых физодами.
Строение таллома бурых водорослей может быть нитчатым, разнонитчатым или настоящим тканевым. При этом для более высокоорганизованных видов характерно чередование двух поколений - гаплоидного гаметофита и диплоидного спорофита. Такой гетероморфный цикл развития свойственен подавляющему большинству Феофицей, за исключением порядка Fucales.
Бурые водоросли размножаются вегетативно, бесполым (с помощью подвижных зооспор) и половым путем. Для привлечения половых клеток они используют специальные химические вещества - феромоны. Кроме того, у одноклеточных подвижных стадий бурых водорослей (гамет и зооспор) в хлоропластах есть светочувствительный "глазок", позволяющий ориентироваться на свет.
Они являются удивительными морскими организмами, которые по многим признакам близки к высшим растениям, но в то же время принадлежат к совершенно особой эволюционной ветви эукариот. Представители класса Phaeophyceae играют важнейшую роль в структуре и функционировании морских экосистем.
По последним данным, сколько видов бурых водорослей насчитывается в мире на текущий момент - около 1500, что говорит об их огромном разнообразии среди морских растений.
Уникальные особенности строения
Бурые водоросли обладают целым рядом уникальных особенностей строения, которые отличают их от других групп водорослей и высших растений.
Наличие в клетках специфических вакуолей - физод. Они содержат полифенольные соединения класса флоротанинов, которые придают характерную окраску талломам бурых водорослей. Физоды участвуют в биосинтезе и депонировании фенольных соединений, а также, возможно, в процессах выделения и осморегуляции.
Особенности строения клеточной стенки. Она состоит из внутреннего скелетного слоя микрофибрилл целлюлозы и наружного аморфного слоя, богатого анионным полисахаридом альгиновой кислотой (альгинатом). Альгинаты при контакте с водой образуют гели, что обеспечивает гибкость и упругость клеточных стенок.
Бурые водоросли относятся к группе Heterokontophyta, для которой характерно наличие двух разных по строению жгутиков у подвижных клеток. Один жгутик гладкий, другой - перистый, с многочисленными боковыми выростами. Эти жгутики присутствуют только у гамет и зооспор.
Еще одна особенность одноклеточных стадий Феофицей - наличие светочувствительного глазка в хлоропласте, позволяющего ориентироваться на свет. Он состоит из 40-80 липидных глобул и действует как своеобразное вогнутое зеркало.
Для бурых водорослей характерен вторично-симбиотический хлоропласт родофитового типа, окруженный 4 мембранами. Он содержит хлорофиллы а и с, β-каротин, специфические ксантофиллы и фукоксантин, определяющий бурую окраску.
Еще одна важная особенность строения многих бурых водорослей - чередование в жизненном цикле двух поколений. Гаплоидное поколение представлено мелкими разветвленными нитями, диплоидное - крупным многоклеточным талломом. Такая гетероморфная смена фаз позволяет комбинировать преимущества одноклеточного и многоклеточного строения.
Многие бурые водоросли, в частности ламинарии и фукусы, имеют сложное тканевое строение тела. У них различают несколько типов тканей со специализированными функциями: меристодерму, кору, промежуточную ткань и центральный цилиндр.
Несмотря на принадлежность к древней эволюционной ветви, бурые водоросли или, по научному названию, Phaeophyceae приобрели много уникальных черт, отличающих их от других групп водорослей и высших растений.
Важная роль в морских экосистемах
Бурые водоросли, или Phaeophyceae, играют чрезвычайно важную роль в структуре и функционировании морских экосистем. По биомассе они доминируют в литоральной и сублиторальной зонах многих морей умеренных и полярных широт. Образуя заросли, бурые водоросли создают среду обитания для многочисленных видов беспозвоночных и рыб.
Важнейшие функции бурых водорослей в морских экосистемах:
- Продуцирование органического вещества в процессе фотосинтеза. Бурые водоросли являются одним из основных продуцентов в морских экосистемах наряду с микроводорослями и красными водорослями.
- Создание субстрата и убежищ для обрастателей и беспозвоночных. Многолетние талломы бурых водорослей служат твердым субстратом для поселения других гидробионтов.
- Аккумуляция биогенных элементов (азота и фосфора) и их возврат в экосистему. Бурые водоросли интенсивно потребляют биогены из воды в период вегетации, а затем частично возвращают их в среду в процессе разложения отмерших талломов.
- Стабилизация субстрата и предотвращение эрозии берегов. Заросли ламинарий эффективно гасят волновую энергию, тем самым защищая берега от размыва.
Ключевую роль в поддержании структуры морских сообществ играют виды бурых водорослей, образующие обширные заросли - ламинариевые и фукусовые. Их гигантские многолетние талломы формируют сложные трехмерные структуры - подводные леса и луга, которые резко увеличивают биоразнообразие акваторий.
Ламинариевые леса распространены у побережий с прохладными водами в северных морях Евразии и Северной Америки, а также у берегов Антарктиды, Южной Америки и Австралии. Они создают среду обитания для множества видов бурого макроводорослевого нароста, красных и зеленых водорослей, мшанок, губок, морских ежей, моллюсков, ракообразных и рыб.
Наиболее грандиозные по своим масштабам подводные леса образует бурая водоросль гигантская ламинария или Макроцистис. Ее талломы достигают 60 м в длину, а заросли простираются на сотни гектаров у тихоокеанского побережья Северной Америки. Эти уникальные экосистемы называются кельповыми лесами в честь английского названия рода Макроцистис - Giant Kelp.
Еще одни широко распространенные обитатели морей - фукусовые водоросли, в частности, виды рода Sargassum. Их плавающие заросли, скрепленные воздушными пузырями-поплавками, в больших количествах встречаются в тропических и субтропических морях. Они создают уникальную флотирующую морскую экосистему - Саргассово море в Атлантическом океане.
Заросли бурых водорослей (по научному названию - Phaeophyceae) играют роль морских лесов, поддерживающих богатство и разнообразие обитающих в них организмов. Их исчезновение приведет к обеднению и деградации многих морских и прибрежных экосистем.
Практическое использование человеком
Человек издавна использовал бурые водоросли в пищу, медицине и различных отраслях хозяйства. А в наши дни Phaeophyceae являются объектом активной аквакультуры и промысла во многих странах Азии и Европы.
В пищу употребляют в основном крупные бурые водоросли - ламинарии, алярии, фукусы. Их едят в сыром, сушеном или консервированном виде. Пищевая ценность определяется наличием йода, калия, кальция, магния, полиненасыщенных жирных кислот, витаминов и антиоксидантов.
Наиболее популярны в азиатской кухне (Китай, Япония, Корея) следующие бурые водоросли:
- Комбу или мэкбу (Saccharina japonica) - основной промысловый вид тихоокеанского побережья Азии. Используется для приготовления салатов и супов.
- Вакамэ (Undaria pinnatifida) - ламинария, культивируемая на морских фермах Японии и Кореи. Применяется в салатах, супах, соусах.
- Хиджики (Sargassum fusiforme) - популярная съедобная водоросль в Китае и Японии. Ее едят в вареном или консервированном виде.
- Араме (Eisenia bicyclis) - употребляемая в пищу ламинария. Используется для приготовления салатов и как ингредиент в блюдах японской кухни.
В Европе традиционно употребляют в пищу слоевища фукусов и аскофиллума. Во Франции и Испании из них делают салаты и гарниры, добавляют в супы и соусы. В Ирландии и Исландии используют для производства хлеба, печенья и других мучных изделий.
Кроме прямого пищевого использования, из бурых водорослей и их компонентов производят различные пищевые ингредиенты, добавки и БАДы:
- Альгинаты - полисахариды клеточных стенок, используются как загустители, стабилизаторы, эмульгаторы в пищевой промышленности.
- Маннитол и ламинарин - подсластители и наполнители в кондитерской промышленности.
- Фукоиданы и альгинаты - источники пищевых волокон, обладают пребиотическими свойствами.
- БАДы и нутрицевтики на основе бурых водорослей используются в лечебно-профилактических целях.
Бурые водоросли применяются также в текстильной и бумажной промышленности. Из их клетчатки получают вискозные волокна, а альгинаты используют в производстве бумаги.
В сельском хозяйстве альгинаты и продукты переработки водорослей применяются как удобрения и кормовые добавки для животных и птиц. Они стимулируют рост и развитие, повышают усвояемость кормов.
В фармацевтической промышленности из бурых водорослей выделяют биологически активные соединения - фукоиданы, флоротаннины, стеролы и др. На их основе создают лекарственные препараты и БАДы широкого спектра действия.
Бурые водоросли (Phaeophyceae) - ценное пищевое и хозяйственное сырье, источник полезных веществ и промышленных компонентов. Широчайший спектр применения этих удивительных морских организмов во многих областях деятельности человека будет только расширяться по мере прогресса науки и технологий.
