Глава IV. Значение водорослей в природе и их роль в народном хозяйстве СССР

1. Значение водорослей в природе

Будучи распространены по всему земному шару, водоросли, несомненно, должны играть значительную роль в жизни природы. Но чтобы в полной мере оценить ее, необходимо, прежде всего, посмотреть, насколько велико их количество, или, точнее, какова та живая органическая масса (биомасса), которую они в совокупности составляют^*. Приведем некоторые цифры.

^* (Под биомассой понимается выраженное в весовых единицах количество органического вещества в живых организмах на единицу поверхности или объема среды. Опа может быть вычислена для отдельного ценоза, для всего бассейна или даже для того или иного типа водоемов.)

Мы уже знаем, что количество водорослей сильно колеблется в зависимости от характера водоема и времени года, что особенно приложимо к планктону, более изменчивому в этом отношении чем бентос. Так, например, в 1 см³ воды может содержаться от одного или нескольких планктонных организмов до максимальной цифры в 40000000 клеток, отмеченной для зеленой водоросли Chlorella в воде, богатой органическими соединениями. Если взять содержание в 1 см³ только трех особей, что соответствует бедному планктону, то и тогда в 1 мг мы получим уже 3 миллиона особей, так что трудно даже представить себе количество планктонных водорослей в сколько-нибудь значительном объеме воды.

Однако наиболее показательный результат получается при определении веса массы водорослей (биомассы), приходящейся на определенный объем воды или определенную площадь поверхности воды или дна. Так, для пресных озер имеются определения, что в толще воды под 1 м² поверхности может содержаться масса планктона, равная 45 г сухого веса, что соответствует 430 кг (4,3 ц) на 1 га. Интересные цифры дает также вычисление продукции планктона, т. е. количества органического вещества, даваемого им за определенный отрезок времени (например, за год), которое с полным правом можно сравнивать с урожаем. Например, для одного пресноводного озера было высчитано, что годовая продукция планктона равняется 27 ц (2,7 т) с 1 га. Правда, в эти цифры входит также и вес животного планктона, но по сравнению с растительным доля его невелика.

Бентосные водоросли могут давать еще большую массу на единицу поверхности воды, особенно в морях, где имеются огромные заросли бурых и красных водорослей (примеры см. ниже). Однако, во всей толще воды морей и океанов, населенной водорослями, биомасса фитопланктона в целом неизмеримо (в сотни и тысячи раз) больше общей биомассы бентосных водорослей.

Что же касается других, т. е. вневодных местообитаний, то продукция водорослей на них несомненно значительно меньше, чем в воде, хотя у почвенных водорослей она иногда также достигает значительных размеров.

Таким образом, общая масса водорослей в природе необычайно велика, что становится особенно ясным, если вспомнить все необозримое пространство воды на земном шаре, содержащее планктон. Какова же роль этой массы в жизни природы?

Основное значение водорослей в природе вытекает из их физиологических особенностей как фототрофных растений. Подобно зеленым растениям на суше, водоросли в воде являются основными созидателями органического вещества, т. е. производителями пищи. Можно без преувеличения сказать, что весь остальной мир современных живых существ воды в той или иной мере обязан своим существованием водорослям. Если не считать автотрофных хемосинтезирующих бактерий, только водоросли (а также высшие водные растения) способны создавать органические вещества своего тела из неорганических веществ окружающей их воды. Они являются, следовательно, той первопищей, которой пользуются лишенные хлорофилла водные организмы, в первую очередь, животные, представляющие собой потребителей органической пищи. Последние непосредственно заглатывают водоросли или впитывают органические вещества, получающиеся от их разложения, или, наконец, поглощают животных, питающихся водорослями. В свою очередь как животные, так и растительные водные организмы после смерти разлагаются деятельностью бактерий до минеральных составных частей, которые поступают в воду и вновь усваиваются водорослями^*. Важно также, что при фотосинтезе водоросли выделяют свободный кислород, необходимый для дыхания водных организмов - как животных, так и растительных. Кислород имеет в жизни водоемов еще и то значение, что усиливает процессы окисления, способствуя окончательной минерализации органических веществ. Так осуществляется круговорот веществ в воде, и без участия водорослей он был бы немыслим.

^* (Такие организмы, делающие органические остатки снова доступными для автотрофов, называют восстановителями.)

Большое значение имеют также наземные водоросли, являющиеся часто пионерами растительности на бесплодных, чисто минеральных участках суши, где они выступают в роли первых накопителей гумуса, подготавливая тем самым возможность поселения других растений. Не нуждаясь в органических веществах, они поселяются на голых скалах, бесплодном песке и т. п. субстратах, где после отмирания создают первый слой гумуса, все увеличивающийся по мере их дальнейшего разрастания. Когда слой гумуса достигает некоторой величины, на смену им приходят другие растения, - сперва обычно лишайники, затем мхи, иногда некоторые папоротникообразные, а потом и семенные растения. Как пионеры растительности, с водорослями могут конкурировать только лишайники, да и то благодаря тому, что лишайниковый гриб питается теми же водорослями, только заключенными внутри его тела.

Водоросли участвуют и во многих других протекающих в природе процессах, на чем мы частично остановимся ниже, при характеристике значения водорослей в народном хозяйстве. Здесь отметим только их роль как созидателей и разрушителей некоторых пород земной коры.

Созидающая роль водорослей как геологического фактора проявляется по-разному, причем наибольшее значение имеет здесь планктон. Планктонные организмы, развиваясь в большом количестве в толще воды, после отмирания, естественно, оседают на дно. Осаждение происходит довольно медленно, и в глубоких морях и океанах планктонные организмы обычно сгнивают и полностью растворяются в воде раньше, чем достигнут дна. Если же этот процесс происходит не в столь глубоких водоемах, то в результате осаждения планктона, а также отмирания бентоса, образуется органический ил. Этот ил или полностью разлагается или при некоторых условиях превращается в однородную, несколько студенистую и тягучую массу (с поверхности жидкую, глубже - почти твердую, с большой примесью минеральных частиц), носящую название сапропель, отложения которого в некоторых водоемах весьма значительны.

Другое дело, если планктонные водоросли имеют несгнивающие оболочки, как у диатомей. Тогда оболочки, лишенные органического содержимого, отлагаясь, образуют породу. Так, за счет, главным образом, панцырей диатомовых водорослей образовались мощные пласты особой кремнеземной породы, носящей название диатомита. Отложение диатомита происходило особенно обильно в третичное время. Ниже мы увидим (см. далее), что как сапропель, так и диатомит обладают рядом свойств, используемых человеком.

Образование пород происходит и в том случае, если, благодаря жизнедеятельности водорослей, растворенные в воде соли переводятся в нерастворимую форму и осаждаются. Примером могут служить отложения, образуемые водорослями в горячих источниках. Таким путем здесь возникают кремнистые отложения (так называемый кремневый синтер), а также известковые туфы (см. ранее), травертин и некоторые другие разновидности известковых пород. Известковые породы, обязанные своим происхождением жизнедеятельности водорослей, в настоящее время установлены почти во всех геологических периодах, начиная с силура, причем в некоторые периоды они слагают мощные толщи.

Во всех этих случаях вещества, заключающиеся в отлагаемых водорослями породах, надолго выпадают из биологического круговорота веществ в природе.

В обратном процессе разрушения горных пород наибольшее значение имеют сверлящие водоросли, на общей характеристике которых мы уже останавливались выше (см. ранее). Их деятельность хотя и медленна, но в течение огромного периода времени достигает большого результата, сводящегося к тому, что известковые породы становятся рыхлыми, легко подвергающимися воздействию физических и химических агентов. Благодаря этому кальций в конечном счете снова переходит в растворимое состояние и включается в круговорот веществ.