Диатомовые водоросли

По распространению в природе, особенностям строения, роли в природных процессах трудно найти другую такую же группу водорослей, как диатомовые.

Название водорослей - диатомовые - происходит от греческого слова "диатомэ" - рассекание, разрывание - и напоминает о том, что чаще всего диатомеи размножаются вегетативным делением клетки на две половинки. Другое название - кремнеземки - указывает на наиболее характерную их особенность; все клетки этих водорослей имеют панцирь, пропитанный кремнеземом. У этой группы водорослей есть и третье название - бациллариевые. Оно дано по первому роду, описанному в 1788 году,- бацилларии.

Лентовидная колония диатомеи фрагилярии кротонской

Этот отдел объединяет одноклеточные и колониальные микроскопические виды. Колонии бывают самого разного типа: цепочки, ленты, кустики, звездочки. В клетке цитоплазма располагается постепенным слоем или концентрируется у полюсов, остальное пространство заполнено одной или множеством вакуолей с клеточным соком. Ядро одно и располагается чаще в центре клетки, в этом случае отчетливо виден цитоплазматический мостик, в котором оно подвешено. Хлоропласты, сосредоточившие пигменты, дисковидные или пластинчатые, Окраска их, как правило, темно-бурая: диатомеи содержат различные ксантофиллы, которые маскируют зеленый цвет хлорофиллов. Цвет может меняться в зависимости от образа жизни водорослей: обитающие в толще воды имеют золотисто-желтую окраску, на дне - темно-бурую.

Наружным уплотненным слоем содержимое; растительной клетки (протопласт) прилегает к панцирю и заполняет его. Толщина панциря зависит от количества кремния, растворенного в воде. Клетка вырабатывает панцирь в процессе жизнедеятельности. Строение панциря диатомей своеобразно. Исследователи начали изучать его с давних времен, в ту пору, когда микроскопы были крайне несовершенны. В настоящее время диатомовые водоросли стали излюбленным объектом электронной микроскопии, которая позволила получить, новые сведения о структуре панциря.

Панцирь можно сравнить с коробкой, закрытой крышкой, Крышка носит название эпитеки, и своими краями она находит на меньшую по размерам половину - гипотеку. Очертания панциря разнообразны: он может быть круглым, овальным, ромбическим, треугольным, серповидным, гитаровидным. Как эпитека, так и гипотека состоят, в свою очередь, из двух частей - створки и пояскового соединительного ободка. Последний представляет собой широкое или узкое кольцо, плотно охватывающее края створки. Большое значение для жизнедеятельности водоросли имеют вставочные ободки, способствующие увеличению объема клетки и ее росту. Панцирь всегда имеет геометрически правильное строение. Он, точнее, его створки, пронизан разнообразными округлыми, щелевидными и другой формы отверстиями - это поры и швы. Через них осуществляется обмен между клеткой и средой. Кроме того, панцири содержат и другие структурные элементы - ареолы, ребра, выросты и т. д. Характер наружного и внутреннего рисунка панциря определяет систематическую принадлежность диатомей к той или иной таксономической группе.

Ризосоления

Аттея Захариаса

Пеннатная дяагомея навикула

Центрическая диатомеи циклотелла

Все диатомеи делятся на две большие группы - пеннатные и центрические. Пеннатные виды имеют двустороннюю симметрию, а центрические - радиальную. Основными структурными элементами центрических диатомей являются ареолы. Под световым микроскопом они обычно видны как наиболее крупные выпуклые точки. У пеннатных диатомей на створках панциря в определенном порядке располагаются ребра. На панцире есть и бесструктурные участки - осевые поля. Осевое поле обычно посередине рассечено продольной, слегка волнообразной, нередко двух- или трехконтурной линией - швом. Большей частью шов состоит из двух ветвей, соединяющихся на середине створки в центральном узелке и заканчивающихся на концах створки узелками. Биологическое значение шва в жизни диатомей Огромно. Достоверно известны две его функции: сообщение с внешней средой и передвижение клетки по субстрату или в толще воды. В последнем случае движение осуществляется за счет того, что клетка способна вырабатывать слизь, которая через канал выдавливается наружу, и водоросль передвигается, отталкиваясь от этой слизи. Процесс этот аналогичен реактивному движению.

Диатомовые водоросли по способу питания относятся к фотоавтотрофам.

В процессе фотосинтеза в диатомеях образуются капли масла - запасное питательное вещество.

Размножение диатомей имеет специфические особенности, выделяющие их из других групп водорослей. Самый обычный способ размножения, мы уже о нем упоминали,- вегетативное деление клетки на две, процесс этот приурочен у диатомей к ночному времени. Их максимальное развитие в природных условиях наблюдается весной и в начале лета при обилии в воде биогенных элементов. Особенности процесса деления определяются наличием твердого панциря. Клетки непосредствен-но перед делением увеличиваются в размерах, интенсивно накапливают масло; створки панциря раздвигаются, оставаясь соединенными только ободками. После деления протопласта и всех компонентов клетки на две части дочерние клетки расходятся, получив каждая половину материнского панциря, затем они доращивают недостающую половину, причем обязательно меньшую, т. е. гипотеку. Это приводит к постепенному измельчанию видов в процессе деления; клетки последующего поколения всегда меньше материнских, иногда по сравнению с первоначальными размерами в три раза. Однако вид не исчезает, так как на определенном этапе вегетативное размножение заменяется половым, сопровождающимся образованием так называемой ауксоспоры - "растущей споры" (при своем образовании она существенно увеличивается в размерах и дает поколение, не отличающееся от исходной материнской клетки).

Амфора овальная

Навикула кукольная

Диплонеис овальный

Диатомеи - одна из самых распространенных групп водорослей. Встречаются они всюду: в толще воды и на дне водоема на поверхности почвы и в ее толще, проникая на глубину до нескольких десятков сантиметров. Они живут на снегу и льдах, образуя бурые налеты, а в горячих источниках могут переносить температуру до 60°С. Наиболее благоприятная для развития диатомей среда - водная; все типы современных водоемов имеют в составе своей альгофлоры различные виды диатомовых водорослей. Как правило, именно диатомеи преобладают в них и в видовом и в количественном отношении.

Богат видовой состав диатомовых водорослей и в Ленинградской области. Назовем лишь малую часть этих видов: мелозира исландская, мелозира итальянская, мелозира зернистая, талассиозира балтийская и талассиозира Норденшельда, циклотелла нарядная, стефанодискус звездчатый, косцинодискус озерный, хетоцерос Вигама, аттея Захариаса, ризосоления длиннощетинковая, табеллярия продырявленная, меридион круговой, диатомея удлиненная, фрагилярия кротонская, фрагилярия капюшоновая, астерионелла стройная, эвноция малая, эвноция обманчивая, кокконеис педикула и кокконеис блинообразный, ахнантес мельчайший, ройкосфения согнутая, диплонеис эллиптический, навикула колосковая, навикула тупоконечная, навикула кукольная, навикула лучевая, пиннулярия мелкая, пиннулярия бореальная, пиннулярия зеленая, гиросигма заостренная, амфора овальная, цимбелла пузатая, цимбелла ланцетная, гомфонема мелковатая, гомфонема оливково-зеленая, эпитемия зеброидная, эпитемия землеройковидная, ханцшия обоюдоострая, ницшия панцирная, ницшия пленочная, циматоплеура подошвообразная, сурирелла могучая, сурирелла овальная, сурирелла яйцевидная.

Трудно переоценить роль диатомей в природе и хозяйственной деятельности человека. Прежде всего - это источник органического вещества, составляющего кормовую базу для животных организмов - беспозвоночных, рыб, млекопитающих. По содержанию белков и жиров диатомеи не уступают хлебным злакам. В результате фотосинтеза диатомеи выделяют в воду огромное количество кислорода, сопоставимое разве с таковым, выделяемым всей массой высших растений на земле. Многие виды диатомей участвуют в процессах естественного очищения воды в сточных водоемах. Благодаря хорошей сохранности панцирей, образующих на дне водоемов отложения - диатомиты, ученые получили возможность определять возраст тех или иных пород, а также решать вопросы эволюции этой своеобразной группы.

Диатомиты также применяются в различных отраслях народного хозяйства, в частности они незаменимы при изготовлении различных фильтров.

Диатомеи сравнительно молоды. Ученые находят остатки их панцирей в меловых отложениях, возраст которых около 100 млн. лет. Но, вероятно, это еще более древняя группа организмов, так как уже в меловой флоре их видовой состав весьма разнообразен, а строение панциря почти такое же, как у современных видов. Можно предположить, что более древние виды не дошли до нас.