Размножение водорослей. Понятие жизненного цикла

НИЗШИЕ РАСТЕНИЯ

В царстве растений выделяют 2 большие группы - низшие и высшие растения. К низшим растениям, которые возникли около 2 млрд лет назад, относятся первично водные эукариотические организмы - водоросли. Характерной особенностью этой группы растений является то, что их тело не расчленено на вегетативные органы. У многоклеточных водорослей, в отличие от высших растений, отсутствуют ткани, а органы полового и бесполого размножения, как правило, представлены одноклеточными структурами. У некоторых водорослей, наряду с автотрофным, существует и гетеротрофный способ питания.

Низшие растения отличаются морфологическим разнообразием. Они бывают одноклеточными (хлорелла, эвглена), колониальными (вольвокс), нитчатыми (улотрикс, спирогира), слоевищными (ламинария, порфира).

Клетки водоросли одеты постоянной клеточной оболочкой из целлюлозы и пектиновых веществ. У многих представителей в состав клеточной оболочки могут входить углекислая известь, железо, альгиновая кислота. Некоторые одноклеточные водоросли лишены клеточной оболочки и имеют амебоидную форму. Веществами запаса у низших растений служат крахмал, масла, гликоген, водорастворимый полисахарид ламинарин и др.

В клетках водорослей, как и в типичной растительной клетке, имеются центральная вакуоль, одно или несколько ядер, аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии и др.

органеллы. Большим разнообразием отличаются фотосинтезирующие

структуры, которые у водорослей называются хроматофорами и отличаются от хлоропластов высших растений формой, размерами, строением, набором пигментов. Они бывают чашевидными, пластинчатыми, звездчатыми, цилиндрическими. В хроматофорах сосредоточены фотосинтезирующие пигменты различных цветов: хлорофилл (зеленый), каротин (оранжевый), ксантофилл (желтый), фикоцианин (синий), фикоэритрин (красный), фукоксантин (бурый) и т.д. Наряду со строением вегетативного тела, продуктами запаса, формами размножения, набор пигментов является важным таксономическим признаком отделов водорослей.

Размножение водорослей. Понятие жизненного цикла

Размножение водорослей осуществляется вегетативным, бесполым и половым путями. Вегетативное размножение у одноклеточных организмов происходит путем деления клетки, у нитчатых и слоевищных

– распадом вегетативного тела на отдельные фрагменты, из которых развиваются новые особи.

При бесполом размножении в спорангиях, которые у водорослей являются одноклеточными структурами, происходит образование неподвижных спор или подвижных зооспор. Попадая в благоприятные условия, споры прорастают в новую водоросль.

Половой процесс заключается в слиянии двух половых клеток (гамет), в результате чего образуется диплоидная зигота, вырастающая в новую особь или дающая зооспоры. Женские половые органы (гаметангии) называют у водорослей оогониями, у высших растений - архегониями. Мужские гаметангии носят название антеридиев.

Существуют следующие типы полового размножения:

1. Конъюгация - происходит слияние содержимого неспециализированных вегетативных клеток, физиологически выполняющих функции гамет (спирогира).

2. Изогамия – обе гаметы сходны по форме и размерам, подвижности и различаются только физиологически (улотрикс).

3. Гетерогамия - обе гаметы подвижны, но одна больше другой

(хламидомонада).

4. Оогамия - женская гамета - яйцеклетка - неподвижна, имеет большие размеры. Мужская гамета - сперматозоид - подвижная (со жгутиками) и мелкая.

Оогамия является эволюционно развитым способом полового размножения и характерна для наиболее сложно устроенных водорослей (бурых, красных) и всех высших растений. Ее биологическое значение следующее:

· крупные размеры яйцеклетки обеспечивают запас питательных веществ для развития зародыша;

· неподвижность яйцеклетки создает предпосылки для внутреннего оплодотворения (внутри оогония) и, соответственно, лучшей защиты зиготы;

· увеличение числа сперматозоидов повышает эффективность оплодотворения, а уменьшение их размеров обеспечивает возможность передвижения в тонких пленках воды, что чрезвычайно важно в наземных условиях существования.

Растения, производящие гаметы, могут быть обоеполыми и раздельнополыми. В первом случае к слиянию способны гаметы, происходящие из одного растения.

Для большинства растений в онтогенезе характерно чередование двух способов размножения - полового и бесполого. В результате оплодотворения образуется зигота, имеющая диплоидный набор хромосом, поэтому гаметы должны иметь гаплоидный набор, следовательно, в какое-то время жизни растений должен пройти процесс мейоза, в результате которого произойдет редукция числа хромосом. У

большинства растений мейоз происходит при образовании спор, у некоторых бурых водорослей, животных - при образовании гамет. Т.е. процесс оплодотворения и мейоз тесно связаны друг с другом и представляют две стороны одного жизненного процесса.

Для многих низших и всех высших растений характерна не только смена ядерных фаз, но и правильная смена поколений. При этом гаплоидный тип организма сменяется другим, диплоидным, и затем цикл повторяется снова. Гаплоидное поколение называется гаметофитом, так как оно способно к половому размножению и на нем формируются гаметы. У большинства растений гаметы образуются в результате митоза, поэтому они тоже гаплоидны. Сливаясь, гаметы образуют диплоидную зиготу, которая дает начало зародышу, развивающемуся в следующее поколение - диплоидный спорофит. Оно называется спорофитом потому, что способно к бесполому размножению с формированием спор. Споры часто образуются в результате редукционного деления, т.е. здесь мы видим возврат к гаплоидному поколению. Одно из двух поколений всегда преобладает над другим, и на его долю приходится большая часть жизненного цикла, можно сказать, что это - доминирующее поколение.

Таким образом, в жизни вида (последовательной смене поколений) четко выделяются отрезки - циклы воспроизведения (жизненные циклы). Жизненный цикл - это отрезок жизни вида, ограниченный двумя одноименными этапами: от зиготы до зиготы, от споры до споры и т.д. В ходе цикла обязательно происходит смена ядерных фаз. Примеры циклов воспроизведения водорослей будут приведены при характеристике отдельных представителей.

важных доказательств такого происхождения, помимо сходства строения и химизма клетки, - наличие подвижных (жгутиковых) репродуктивных стадий у неподвижных в вегетативном состоянии водорослей. Так, зооспоры неподвижных зеленых водорослей подчас неотличимы от жгутиконосцев зеленого цвета, а споры золотистых водорослей сходны с одноклеточными жгутиконосцами, имеющими золотистую окраску.

Итак, исходным типом является одноклеточный жгутиковый организм. Дальнейшая эволюция вегетативного тела водорослей была направлена на увеличение поверхности, что может быть достигнуто несколькими путями:

1. Увеличение размеров одноклеточного организма.

2. Увеличение размеров организма за счет образования большого количества ядер и других органелл. Такие организмы, состоящие по сути из одной клетки, называют сифональными. Примером может служить водоросль каулерпа, имеющая горизонтальное слоевище с отходящими от него ответвлениями и достигающая длины 50 см (рис.1). Однако сифональный тип организации является эволюционным тупиком, т.к. неклеточное строение не способствует дифференциации отдельных частей тела, а при поранении отдельного участка будет страдать все содержимое организма.

Появление многоклеточности - наиболее удачный путь, получивший дальнейшее эволюционное развитие. Только благодаря многоклеточности стало возможным осуществление