Двуликие водоросли

Двуликие водоросли

Как почти все растения, водоросли размножаются бесполым и половым путем. Бесполое размножение, т. е. размножение без образования половых клеток, может быть вегетативным или споровым.

Вегетативное размножение бегонии (слева) и водоросли (справа) «кусочками»

Вегетативное размножение водорослей очень похоже на то, что мы наблюдаем у высших растений. Слоевище водоросли под действием волн или в результате повреждения животными может разрываться на кусочки, и каждый такой кусочек обычно прорастает в новое слоевище, так же как разрезанный на кусочки лист комнатного растения бегонии дает начало многим самостоятельным растениям. На слоевищах бурых водорослей образуются специальные выводковые «почки», которые, опадая, дают начало новым слоевищам. Этот процесс очень напоминает образование выводковых почек у водного папоротника болбитиса (см. с. 262) или у комнатного растения бриофиллума, которое в народе называют «доктором». Есть водоросли, образующие одно– или многоклеточные «клубеньки», которые прорастают в новые слоевища после зимовки, другие отделяют стелющиеся «побеги», на которых вырастают новые слоевища. Такие «побеги» очень похожи на усы земляники или комнатного растения хлорофитума.

Споровое размножение водорослей происходит с помощью мельчайших клеточек – зооспор, что означает «животные споры». Приставка зоо– подчеркивает их сходство с животноподобными простейшими – как и они, зооспоры подвижны и плавают с помощью двух жгутиков. Есть правда, водоросли, споры которых лишены жгутиков, такие споры называются просто спорами, без всяких приставок. Споры или зооспоры образуются в клетках, которые называются соответственно спорангии или зооспорангии. Выйдя наружу, подвижные или неподвижные споры дают начало новому слоевищу водоросли.

Вегетативное размножение земляники (сверху) и водоросли (снизу) «усами»

Наверное, у вас сразу же возник вопрос, зачем возникло споровое размножение, если растение может размножаться вегетативно? Дело в том, что при вегетативном размножении растение постепенно стареет. Представим, что от слоевища водоросли отделилась выводковая «почка». Ее возраст будет равен возрасту материнского растения. Чуть позже она прорастет в слоевище. С каждым месяцем возраст нового слоевища будет увеличиваться, поэтому его выводковые почки станут немного старше, чем та, которая дала начало этому слоевищу и так далее. Слоевище, которое выросло из очень старой выводковой почки, уже не может образовывать вегетативные органы размножения и отмирает, не оставив после себя потомства. Избежать такого «потомственного старения» можно с помощью споровогс размножения. При образовании (зоо)спор происходит процесс омоложения клеток. Правда, о том, как это происходит, известно пока очень мало. Проблема старения и омоложения остается одной из самых захватывающих тайн современной биологии.

Саргассово море получило свое название от скоплений плавающих на его поверхности саргассовых водорослей. Эти бурые водоросли длиной до 1 метра плавают на поверхности воды благодаря воздушным пузырям, образуя сплошной слой растительной массы, которая делает невозможным судоходство в этом районе Атлантического океана.

Такая «гуща» водорослей образуется только за счет вегетативного размножения. Да другого у саргассов Саргассова моря и быть не может. Его глубина достигает 7110 м, поэтому водоросли могут расти, только плавая на поверхности. Но у низших растений есть одна особенность: плавающие, не прикрепленные ко дну слоевища никогда не размножаются ни споровым, ни половым путем. Так что саргассам, обитающим в Саргассовом море, приходится довольствоваться вегетативным размножением.

Воздушные пузыри саргассума

Но, как мы уже выяснили, бесконечное вегетативное размножение неизбежно ведет к старению и отмиранию слоевищ. А саргассы процветают и отмирать не собираются. Возможно, эти водоросли продолжают существовать в Саргассовом море только за счет постоянного притока новых «свежих» слоевищ с мелководий, где растут их прикрепленные формы. Куски слоевищ легко отрываются и дрейфуют вместе с течениями, скапливаясь в огромных количествах в спокойных водах океана. Одним из таких мест как раз является Саргассово море – гигантская воронка, в которой водные массы движутся по кругу. Куски слоевищ, попадая в этот котел, уже не могут покинуть его пределов. Они живут там до тех пор, пока не погибают от старости, а на их место течения приносят новые слоевища саргассов.

Однако споровое размножение имеет и другое преимущество: астрономическое количество зооспор. На одном слоевище бурой водоросли ламинарии их образуется до 12 миллионов. Когда вся эта масса выходит из зооспорангиев, над зарослями «морской капусты» мутнеет вода. За счет такого количества спор споровое размножение позволяет в короткие сроки резко увеличить численность вида. Таким образом, с помощью бесполого размножения организм удовлетворяет стремление как можно быстрее оставить как можно больше потомков. Кроме того, подвижные зооспоры, расплываясь подальше от материнского растения, способствуют расселению вида, ну а неподвижные споры могут разноситься течениями или распространяться с помощью животных.

Наконец, у водорослей есть и половое размножение, суть которого заключается в слиянии двух разнополых клеток (они называются гаметами) с образованием зиготы. Как (зоо)споры образуются в особых клетках – спорангиях, так и гаметы образуются в гаметангиях. Из зиготы после периода покоя или иногда сразу вырастает новое слоевище водоросли. Зигота покрыта плотной оболочкой и способна переносить самые неблагоприятные условия среды: низкие температуры, сезонные изменения химического состава и солености воды. В жизненном цикле водорослей зигота – это самое выносливое и жизнестойкое образование, позволяющее переживать по–настоящему трудные времена.

Бесполое и половое размножение водорослей. 1 – (зоо)споры; 2 – (зоо)спорангии; 3 – слоевище; 4 – гаметы; 5 – гаметангии; 6 – зигота

Теперь, когда мы познакомились со всеми способами размножения водорослей (и, как вы увидите дальше, не только их), пора двигаться дальше, но для этого нам необходимо познакомиться с несколькими терминами. «Спорофитом» называют растение, на котором образуются споры. Соответственно, «гаметофит» – растение, образующее гаметы. Если вы уже решили дочитать эту книгу до конца, постарайтесь их запомнить, они нам не раз пригодятся.

Мы привыкли, что все особи одного–вида в общих чертах похожи друг на друга: лисы могут быть рыжими или чернобурыми, но всегда имеют узкую мордочку, четыре ноги и пушистый хвост; птенцы многих птиц вылупляются голыми «уродцами», но у них уже есть голова, крылья, лапы и т. д. А вот у водорослей дело обстоит совсем иначе: глядя на разные стадии их жизненного цикла, вы даже и не заподозрите, что два столь непохожих друг на друга организма относятся к одному виду.

Водоросли существуют как будто в двух разных вариантах: в виде спорофита и гаметофита, и оба варианта могут очень сильно отличаться друг от друга. Например, у бурой водоросли ламинарии японской гаметофит имеет микроскопические размеры и состоит всего из нескольких клеток, а спорофит достигает в длину 12 метров. Неудивительно, что в те времена, когда биология водорослей еще не была изучена, ботаники описывали спорофиты и гаметофиты одного и того же растения как разные и совсем неродственные виды.

Красная водоросль порфира в стадии спорофита имеет вид ветвящихся нитей из одного ряда клеток. Нити порфиры поселяются на известковых скалах или раковинах моллюсков, образуя на них ярко–красные пятна. Выделяя органические кислоты порфира–спорофит постепенно растворяет известь и врастает в субстрат. Миниатюрное растение может проникать в известковую породу на глубину 10 мм и более, а раковины моллюсков при этом оказываются просверленными насквозь. Споры, образующиеся на порфире–спорофите, дают начало гаметофиту.

Гаметофит же у порфиры представляет собой листовидное слоевище пурпурного цвета, достигающее у разных видов от 50 см до 2 м в длину. Разбросанные по слоевищу гаметангии производят мужские и женские половые клетки. После слияния этих клеток образуется зигота, которая прорастает на известковом субстрате в нитчатый спорофит.

Изучив жизненный цикл порфиры, трудно сдержать недоумение: «а зачем так сложно?» В самом деле, почему бы из зиготы не вырастать сразу гаметофиту, как это наблюдается, к примеру, у большинства животных (их, правда, не называют гаметофитами). Попробуем ответить на этот действительно непростой вопрос.

Жизненный цикл порфирыСпорофит (1) образует споры (2), прорастающие в гаметофит (3). Половые клетки (4), сливаясь, дают начало зиготе (5)

Известно, что гаметофиты и спорофиты водорослей отличаются не только размерами и строением, но и разными требованиями к условиям окружающей среды. Например, порфира–спорофит предпочитает слабое освещение и проникает на большую глубину, чем светолюбивый листовидный гаметофит, растущий в приливно–отливной зоне у самого берега. Имея в своем распоряжении и спорофит, и гаметофит, растение получает возможность расти и на глубине, и на мелководье, расширяя область распространения вида.

Гаметофиты и спорофиты водорослей специализируются на разных способах размножения. Спорофит с помощью бесполого размножения быстро наращивает численность (деление с образованием спор происходит гораздо быстрее, чем образование гамет), а гаметофит ответствен за половое размножение и за образование зигот, способных в состоянии покоя переносить длительные неблагоприятные условия. Логично было бы предположить, что водоросль начинает усиленно производить гаметы, как только условия жизни ухудшаются. Так и происходит: при высокой температуре теплолюбивая порфира размножается спорами, а с уменьшением температуры до +15–17°С начинается образование гамет. Чередуя бесполое и половое размножение, водоросль гибко реагирует на изменение условий существования: хорошие условия способствуют быстрому наращиванию численности, а их ухудшение вызывает переход к устойчивой стадии зиготы.

Как видите, сложный жизненный цикл водорослей увеличивает приспособленность к условиям обитания, а их двуликость оборачивается преимуществом. Каждая стадия жизни служит для выполнения определенных задач: зигота – специалист по переживанию неблагоприятных условий, спорофит увеличивает численность вида, (зоо)споры выполняют функцию расселения, гаметофит производит половые клетки, которые, сливаясь, дают начало зиготе.

Мы не будем останавливаться на изучении жизненных циклов других водорослей, но вы, пожалуйста, не думайте, что все водоросли проводят жизнь так же, как порфира. У низших растений существует не один, а целых четыре типа жизненного цикла, да еще в каждом есть многочисленные разновидности, но как бы ни отличались друг от друга эти варианты, все они служат увеличению приспособленности водорослей к разным условиям обитания.