Бурі водорості

Створено: 08 квітня 2012
Перегляди: 15083

Бурі водорості

Бурі водорості – це багатоклітинні, переважно, морські організми. Часто їх можна зустріти прикріпленими до каменів в приливно-відливній зоні холодних морів. Великі водорості, які відносяться до групи ламінарієвих, в ряді країн збирають і використовують як добриво або як джерело йоду, який вони поглинають з морської води. Багато видів використовуються в їжу, особливо на Далекому Сході. Всі представники є багатоклітинними організмами. Абсолютна більшість цих рослин проживає в морях, і лише вісім видів перейшли до існування в прісних водоймах.

Бурі водорості включають 1500 видів, які об’єднані в 265 родів.

Бурі водорості отримали свою назву через бурий пігмент фукоксантин (C40H56O6), який вони містять в хроматофорах. І хоча ці рослини містять і ряд інших пігментів, бурий все ж домінує і приховує решту.

Бурі водорості: історія

Викопні знахідки, які можуть мати відношення до бурих водоростей, датуються пізнім ордовиком (близько 450 млн років) і відомі як Winnipegia і Tallocystis із середнього силуру (425 млн років). Але ці знахідки не можна точно прив’язати тільки до бурих водоростей, так як вони схожі і з деякими сучасними зеленими та червоними водоростями. Викопні знахідки, які точно можна пов’язати з сучасними бурими водоростями, відносяться до міоцену (5-25 млн років). Це Zonarites і Limnophycus, що нагадують сучасну Dictyota та ін. Молекулярні методи визначають вік бурих водоростей як 155-200 млн років.

Бурі водорості: будова

Серед бурих водоростей відсутні одноклітинні і колоніальні форми, всі особини багатоклітинні. Зустрічаються як однорічні, так і багаторічні види, вік яких може досягати 15-18 років.

У бурих водоростей таломи можуть бути мікроскопічними або досягати декількох десятків метрів. Їхня форма може бути дуже різноманітною. Прикріплення таломів здійснюється за допомогою ризоїдів або підошви. Для утримання в вертикальному положенні у ряду бурих водоростей утворюються повітряні бульбашки, заповнені газом.

Найскладніша будова у таломів ламінарієвих і фукусових. Вони володіють ознаками тканинного диференціювання зі спеціалізацією клітин. В їх таломі можна розрізнити кору, що складається з декількох шарів інтенсивно забарвлених клітин та серцевину, що складається з безбарвних клітин, часто зібраних в нитки. У ламінарієвих в серцевині утворюються ситоподібні трубки і трубчасті нитки. Серцевина виконує не тільки транспортну функцію, а й механічну, так як в ній знаходяться нитки з товстими поздовжніми стінками. Між корою і серцевиною у багатьох бурих водоростей може міститися проміжний шар з великих безбарвних клітин.

Джгутики

У бурих водоростей два нерівних джгутика прикріплені збоку. Зазвичай довгий пір’ястий джгутик направлений вперед, а гладкий – вбік і назад, але існують і виключення.

Покриви

Клітинна стінка бурих водоростей товста, двох- або тришарова. Внутрішній шар містить переважно волокна з целюлози, зовнішній пектиновий шар містить альгінову кислоту, її натрієву сіль, фукоїдан та інші сульфатовані полісахариди.

У бурих водоростей целюлоза складає від 1 до 10% від сухої ваги талому.

Розчинні альгінати входять до складу матриксу клітинної стінки, іноді на їх частку припадає до 40% сухої ваги талома.

Фукани (фукоїдани або аскофілани) – полімери L-фукози і сульфатованих цукрів. Їх функція до кінця не з’ясована. Вважається, що вони відіграють важливу роль в прикріпленні зиготи та її рості у фукусових водоростей.

У деяких диктіотових, наприклад у Padina, в клітинних стінках відкладається вапно у формі арагоніту.

Клітинні структури

У клітинах бурих водоростей зустрічається від однієї до багатьох пластид. Найчастіше хлоропласти дрібні, дископодібні. Їхня форма може бути зірчастою, стрічкоподібною або пластинчастою. Форма хлоропластів може змінюватися з віком клітини. Оболонка хлоропласта складається з чотирьох мембран. Там, де хлоропласт розташований поруч з ядром, зовнішня мембрана хлоропластової ендоплазматичної мережі переходить у зовнішню мембрану ядра.

У хлоропластах містяться хлорофіли a, с1, с2. Крім фукоксантину у бурих водоростей присутні інші каротиноїди: β-каротин, віолаксантин, зеаксантин, антераксантин, неоксантин, діадиноксантин і діатоксантин.

Для фототаксису бурих водоростей найбільш ефективним є світло з довжиною хвилі 420 і 460 нм.

Основним запасним продуктом є хризоламінарин (β-1 ,3-зв’язаний глюкан). Він розташований в спеціальних вакуолях в цитоплазмі поблизу піреноїда. Зустрічаються маніт і ліпіди (у вигляді крапель олії). Маніт – шестиатомний спирт, який крім резервної функції виконує осморегуляторну. Його концентрація всередині клітини залежить від зміни солоності води.

В молодих клітинах бурих водоростей містяться дрібні і численні вакуолі, які з віком стають більшими за рахунок злиття. Скоротливі вакуолі відсутні. В цитоплазмі розташовані фізоїди – везикули, що містять феофіцинові таніни (флоротаніни). Флоротаніни – полімери флороглюцину, відомі тільки у бурих водоростей. Їх функція, можливо, пов’язана із захистом таломів від виїдання тваринами, наприклад такими, як гастроподи. Вони, можливо, інгібують поселення на поверхні талома епіфітних водоростей і тварин. Припускають також, що вони беруть участь у захисті від радіаційного ушкодження та в акумуляції важких металів. Безбарвні флоротаніни на повітрі окислюються з утворенням бурого або темного пігменту фікофеїну, що додає висушеним бурим водоростям їхнього характерного темного забарвлення.

Ядро найчастіше одне, але у деяких представників і з віком клітини зрідка бувають багатоядерними.

Бурі водорості: розмноження

Вегетативне розмноження у ряду бурих водоростей може здійснюватися ділянками талома, у видів Sphacelaria – виводковими гілочками, у Fucus на підошві є група клітин, здатних до диференціювання в новий талом.

Безстатеве розмноження відбувається за допомогою зооспор, у деяких видів – нерухомими тетра- і моноспорами.

Існую у бурих водоростей також і стативий спосіб розмноження. В акому випадку в спеціальних багатогніздових гаметангіях утворюються гамети. У кожному гнізді (клітині) такого гаметангія формується по одній гаметі.

Для бурих водоростей відомі статеві феромони, дослідження яких активно проводиться з 80-х років минулого століття. Статеві феромони – це розчинні речовини, які координують активність клітин при статевому розмноженні. Вони активні на відстані до 0,5-1 мм. Феромони бурих водоростей можуть приваблювати чоловічі гамети до жіночих. Вони також беруть участь в ізоляції видів. У бурих водоростей відомо принаймні десять феромонів, першим з яких був відкритий ектокарпен.

Вважають, що феромони продукує більшість (якщо не всі) бурих водоростей, що мають статеве розмноження.

Бурі водорості: екологія і значення

Бурі водорості широко поширені у всіх морях нашої планети. Найбільшого розвитку вони досягли в морях помірних і приполярних широт. У тропіках масовий розвиток бурих водоростей відбувається в зимові місяці, коли знижується температура води. У морях помірних і приполярних широт бурхливий ріст їхніх таломів починається навесні, і найбільшого розвитку вони досягають у літні місяці. Найбільш густі зарості бурих водоростей формуються у верхній субліторалі до глибини 15 м, хоча зустрічаються від літоральної зони і до глибини 40-120-200 м. На таку глибину, наприклад в західній частині Середземного моря, проходить тільки 0,6% світла порівняно з поверхнею води. Ламінарієві можуть формувати гігантські підводні ліси, такі, наприклад, як уздовж тихоокеанського узбережжя Північної Америки. Прикріплюються бурі водорості до різних субстратів – скель, каменів, гравію, раковин молюсків, інших водоростей. Деякі невеликі бурі водорості живуть всередині тканин інших водоростей.

У прісних водах зустрічаються тільки 8 видів, що відносяться до родів Heribaudiella, Ectocarpus, Sphacelaria, Pseudobodanella, Lithoderma, Pleurocladia і Porterinema.

Роль бурих водоростей в природі надзвичайно велика. Це одне з основних джерел органічної речовини в прибережній зоні, особливо в морях помірних і приполярних широт. Їхні зарості служать місцем харчування, переховування і розмноження багатьох тварин.

Застосування бурих водоростей людиною

Бурі водорості використовують в їжу, на корм худобі, як добрива, для виробництва альгинатів і маніту. Щорічний збір виду Laminaria і близьких до нього водоростей досягає 2 млн т. сирої маси, більше мільйона тонн дає виробництво її марикультури в Китаї.

Альгінати – нетоксичні сполуки, що володіють колоїдними властивостями, тому вони широко використовуються в харчовій і фармацевтичній промисловості. Альгінова кислота і її солі здатні до 200-300-кратного поглинання води, утворюючи гелі, для яких характерна висока кислотостійкість. У харчовій промисловості вони використовуються як емульгатори, стабілізатори, вологоутримуючі компоненти. Наприклад, сухий порошковий альгінат натрію використовують у виробництві порошкоподібних і брикетованих розчинних продуктів (кава, чай, сухе молоко, киселі тощо) для їх швидкого розчинення. Водні розчини альгінатів використовують для заморожування м’ясних і рибних продуктів. У світі в харчову промисловість йде близько 30% отримуваних альгінатів.

У текстильній та целюлозно-паперовій промисловості альгінати використовують для загущення фарб і посилення міцності їх зв’язку з основою. Просочення тканин деякими солями альгінової кислоти надає їм водонепроникності, кислотостійкості і збільшує механічну міцність. Ряд солей альгінових кислот використовують для отримання штучного шовку. Під час Другої світової війни в США і Англії з альгінової кислоти та її солей вироблялася велика кількість маскувальної тканини і сіток для житлових і промислових будівель. Альгінати застосовуються в металургії як компонент формувальної землі, в радіоелектроніці – як сполучний агент при виготовленні високоякісних феритів, а також в гірничодобувній, хімічній та інших галузях промисловості.

У фармацевтичній промисловості альгінати використовуються для покриття таблеток, пігулок, як компонентні основи для різних мазей і паст, як гелі-носії лікарських препаратів. У медицині альгінат кальцію використовують як кровоспинний засіб, як сорбент, який сприяє виведенню радіонуклідів (у тому числі стронцію).

У Північній Америці для отримання альгінатів збирають Macrocystis і Nereocystis, на європейському узбережжі використовують види Laminaria і Ascophyllum.

Фукоїдани – ефективні антикоагулянти, навіть більш активні, ніж гепарин. Перспективним вважається їх використання для отримання протипухлинних препаратів і антивірусних сполук. Навіть у дуже низьких концентраціях вони можуть інгібувати прикріплення вірусів до поверхні клітин. Фукоїдани здатні утворювати міцні і в’язкі слизи, що застосовуються в отриманні стабільних емульсій і суспензій.

Маніт використовують як замінник цукру для хворих на діабет. Крім того, він може бути використаний як плазмозамінник при консервації крові.

Клітини багатьох бурих водоростей накопичують йод. Його вміст може досягати 0,03% -0,3% від свіжої маси водоростей, у той час як його вміст у морській воді досягає тільки 0,000005% (0,05 мг на літр води). До 40-х рр. XX ст. бурі водорості використовували для добування йоду.

Енергетична криза, що охопила в останні роки багато країн світу, привела до необхідності пошуку нових нетрадиційних джерел енергії. Так, в США з цією метою вивчається можливість розведення водорості Macrocystis pyrifera з подальшою переробкою в метан. Підраховано, що з площі 400 квадратних кілометрів, зайнятих цією водорістю, можна отримати 620 млн кубічних метрів метану.

В останні роки бурі водорості привертають увагу через свою здатність виділяти в атмосферу органічні броміди (бромоформ, дибромохлорметан і дибромометан). Щорічний викид водоростями органічних бромідів досягає 10 000 тонн, що можна порівняти з утворенням цих речовин промисловістю. Існує думка про зв’язок виділення органічних бромідів з руйнуванням озону в атмосфері Арктики.

За матеріалами: wikipedia.org.

 

Читайте також: