Водорасли: дефиниция, класификация и еволюция
Открийте всичко за водораслите — дефиниция, класификация и еволюция. История, биология и ролята им от мезопротерозоя до съвременното изследване.
Водораслите (едно водорасло или няколко водорасли) са растителноподобни живи организми, които произвеждат органична материя от слънчевата светлина чрез фотосинтеза. Изучаването им се нарича фикология или алгология. Водораслите включват както едноклетъчни, така и многоклетъчни форми — от микроскопични фитопланктонни клетки до големи макрофитни морски водорасли (например бурени), видими с просто око.
Основни характеристики
- Повечето водорасли са автотрофни, т.е. синтезират органични вещества от неорганични чрез енергията на светлината; някои обаче са миксотрофни или дори хетеротрофни в определени условия.
- Не притежават тъкани и органи като при сухоземните растения — не са съдови растения и нямат коренова, проводяща (ксилем/флоем) или листна система, характерни за не- съдови растения и за сухоземните растения.
- Клетъчната организация варира силно: клетъчни стени от целулоза, пектин, силициеви структури или полизахариди в зависимост от групата; при някои се развиват многоклетъчни, пластинести или нишковидни форми.
- Размножават се по разнообразни начини: вегетативно, чрез спори, полов режим с оплождане или сложни цикли с редуване на поколения (при някои групи има алтернация на поколенията).
Класификация и произход
Терминът "водорасли" обединява много различни групи организми и е полифилетична дефиниция — тоест не всички водорасли са тясно родствени. Сред основните еволюционно и морфологично разграничими групи са:
- Зелените водорасли (Chlorophyta и родствени групи), близки до растителното царство (Embryophyta).
- Червени водорасли (Rhodophyta), които имат характерни фотопигменти и полизахариди (например агар и карагинан).
- Кафяви водорасли и други страменопили (включително големите ламинарни и келпови форми).
- Протистни водорасли — еуглени, динофлагелати, криптофити и др., които често са резултат на вторична или третична ендосимбиоза.
Произходът на пластидите при много водорасли е свързан с ендосимбиотични събития: първичната ендосимбиоза между неклетъчен предшественик и цианобактерии дава начало на първичните пластиди (в Archaeplastida), докато при други групи пластидите са възникнали чрез поглъщане на вече фотосинтезиращи еукариоти (вторична/третична ендосимбиоза). За това говори фактът, че повечето водорасли използват пластиди, произлезли от цианобактериите.
Еволюция и фосилни данни
Водораслите са древни организми — техни следи са открити още в средния Протерозой. Някои фосилни остатъци и биомаркери датират от мезопротерозоя, преди повече от милиард години, което ги прави сред първите големи фотосинтетични организми в историята на Земята. Те са оказали ключова роля за промяната на атмосферата и биогеохимичните цикли (напр. производство на кислород).
Екологична и икономическа значимост
- Като основни продуценти във водните екосистеми, водораслите формират базата на хранителните вериги в океани, езера и реки.
- Морските макроводорасли (бурени) създават хабитати и убежища за множество животни и служат като важен въглероден „резервоар”.
- Икономически продукти: хора консумират нори, ламинарии и други видове; от водорасли се добиват агар, алгинати, карагинан — използвани в хранителната, фармацевтичната и козметичната промишленост.
- Водораслите се използват и в биотехнологиите за биогорива, пречистване на отпадни води, производство на хранителни добавки и биостимулатори.
Разнообразие на местообитанията
Водораслите населяват почти всички среди с налична влага: морски и пресни води, брегови плитчини, блата, солници и дори влажни повърхности на почви, камъни и стволове на дървета. Някои видове са специализирани за екстремни условия (студ, соленост, променливи нива на светлина).
Заключение
Терминът "водорасли" е удобна, но разгърната и широкоспектърна категория, която обединява множество еволюционно и морфологично различни групи. Те са жизненоважни за глобалните екосистеми, имащи дълга еволюционна история и значимо приложение за човека. Изследването им — фикология или алгология — продължава да разкрива нови аспекти на тяхната биология, екология и възможности за използване.
Цъфтеж на фитопланктона в южната част на Атлантическия океан край Аржентина
Dinobryon, колониално водорасло от групата Chrysophyceae
Морско водорасло (Laurencia). Много по-малки водорасли са прикрепени към структурата, простираща се нагоре в долната дясна четвърт
Етимология и изследване
Единственото число alga е латинската дума за "водорасли" и запазва това значение на английски език. Някои твърдят, че тя е свързана с латинското algēre, "бъди студен". Но не е известна причина водораслите да се свързват с температурата. По-вероятно е източникът да е alliga - "свързвам, преплитам".
Древногръцката дума за "водорасли" е φῦκος (phŷkos), което може да означава или водораслите (вероятно червени водорасли), или червената боя, която се получава от тях.
Биология и таксономия
Водораслите са голяма и разнообразна група прости, обикновено автотрофни организми. Някои от тях имат една клетка, а други - много клетки. Най-големите и най-сложните морски водорасли се наричат водорасли. Те приличат на растенията и са "прости", тъй като при тях липсват многото отделни органи, които се срещат при сухоземните растения.
Въпреки че прокариотните цианобактерии (наричани преди това синьо-зелени водорасли) са били включени като "водорасли" в по-старите учебници, сега това не е така. Терминът "водорасли" вече се използва за еукариотни организми. Всички истински водорасли имат ядро в мембрана и хлоропласти в една или повече мембрани. Водораслите не са монофилетична група, тъй като не всички произлизат от общ предшественик водорасли.
Водораслите нямат същите структури като сухоземните растения, като листа, корени и други органи. Почти всички водорасли имат части, които извършват фотосинтеза по същия начин като цианобактериите. Те произвеждат кислород, за разлика от други фотосинтезиращи бактерии, като лилавите и зелените бактерии. Някои едноклетъчни видове използват само външни източници на енергия и имат ограничени или никакви фотосинтезиращи части.
Вкаменените нишковидни водорасли от басейна на Виндхя са датирани отпреди 1,6-1,7 милиарда години.
Видове водорасли
По-долу са изброени някои важни видове водорасли.
- Зелени водорасли: те се считат за растения, тъй като използват същия вид хлорофил като зелените растения. Предполага се еволюционна връзка между зелените водорасли и зелените растения.
- Червени водорасли: използват червен пигмент, за да улавят енергията на слънчевата светлина, поради което се смята, че са еволюирали отделно от зелените растения.
- Кафяви водорасли: използват хлорофил а, но имат няколко други биохимични разлики. Също така не се считат за зелени растения.
- Жълто-зелени водорасли: Xanthophyceae.
- Златни водорасли: Chrysophyceae.
Килим от жълти водорасли в Червено море.
Начин на живот
Екология
Водораслите обикновено се срещат на влажни места или във вода и са разпространени на сушата и във водата. Въпреки това водораслите на сушата обикновено са незабележими и са много по-разпространени във влажни, тропически региони, отколкото в сухи. Водораслите нямат съдови тъкани и други приспособления, за да живеят на сушата, но могат да издържат на сухота и други условия в симбиоза с гъбички като лишеи.
Различните видове водорасли играят важна роля във водната екология. Микроскопичните форми, които живеят суспендирани във водния стълб, се наричат фитопланктон. Те осигуряват хранителната база на повечето морски хранителни вериги. Водораслите растат предимно в плитките морски води. Някои от тях се използват като храна за хората или се събират за агар или тор. Ламинарията може да расте в големи масиви, наречени гори от ламинария. Тези гори предотвратяват част от щетите, причинени от вълните. В тях живеят много различни видове, включително морски таралежи, морски видри и абалони.
Някои водорасли могат да навредят на други видове. Някои водорасли могат да се размножават много и да предизвикат цъфтеж на водораслите. Тези водорасли могат да произвеждат защитни токсини, които убиват рибите във водата. Динофлагелатите произвеждат съединение, което превръща месото на рибите в слуз. След това водораслите се хранят с тази хранителна течност.
Symbiosis
Водораслите са развили редица симбиотични партньорства с други организми. Най-известен е растителноподобният лишей, който се образува от гъба с водорасло. Това е изключително успешна форма на живот и са известни двадесет хиляди "вида". Във всички случаи лишеите се различават значително по външен вид и начин на живот от двата компонента; вероятно това е най-пълната известна симбиоза. И двата компонента печелят от достъпа си до ниши с ниска хранителна стойност, където се срещат лишеите.
По-малко известни са връзките на водораслите с животните. Коралите, изграждащи рифове, са основно социални полипи от семейство Cnidarian. Коралите са зависими от светлината, тъй като водораслите са важни партньори, а те се нуждаят от светлина. Коралите са развили структури, често подобни на дървета, които предлагат на водораслите максимален достъп до светлина. Коралите отслабват клетъчните стени на водораслите и смилат около 80 % от храната, синтезирана от водораслите. Отпадъчните продукти на коралите осигуряват хранителни вещества за водораслите, така че, както при лишеите, и двамата партньори печелят от връзката. Водораслите са златистокафяви камшичести водорасли, често от рода Symbiodinium. Любопитна особеност на партньорството е, че коралите могат да изхвърлят водораслите в трудни моменти и да си ги възвърнат по-късно. Изхвърлянето на партньора от водораслите се нарича избелване, тъй като коралът губи цвета си.p200
Други видове Cnideria, като морските анемони и медузите, също съдържат водорасли. Медузите с водорасли се държат така, че партньорите им да получават най-добрата светлина през деня, а през нощта да се спускат на дълбочина, където водата е богата на нитрати и кафява от разлагане. Морските охлюви и мидите също са добре известни с това, че крият водорасли. И двете групи са мекотели. Морските охлюви се хранят с корали и са със същия цвят като коралите, които пасат. Те са в състояние да отделят водораслите от тъканите на полипите, които храносмилат. Клетките на водораслите се преместват в пипалата им, където продължават да живеят. Иначе беззащитният охлюв се сдобива както с камуфлаж, така и с храна.p204 Гигантската мида съхранява водораслите в мантията си, която се разкрива, когато мидата е отворена. Цветната мантия има места, където кожата е прозрачна и действа като леща, за да концентрира светлината върху водораслите под нея. Когато водораслите станат твърде много, мидата ги разгражда.p203
Различни други групи морски безгръбначни имат представители, които са в симбиоза с водораслите. Две такива групи са плоските червеи (Platyhelminths) и многочерупчестите червеи (Annelids).
Нудибраншът Pteraeolidia ianthina съдържа водорасли, които фотосинтезират и осигуряват храна за мекотелите.
Въпроси и отговори
В: Как се нарича изучаването на водораслите?
О: Изучаването на водораслите се нарича фикология или алгология.
В: Всички видове водорасли близкородствени ли са?
О: Не, терминът обхваща различни групи и не всички те са тясно свързани. Те са полифилетична група.
В: На колко години са водораслите?
О: Водораслите са много древни и са съществували много преди другите видове растения. Те датират от мезопротерозоя, преди повече от хиляда милиона години.
В: Всички видове водорасли ли използват пластиди?
О: Да, изглежда, че всички те използват пластиди, които произхождат от цианобактериите.
Въпрос: Как водораслите се хранят?
О: Водораслите си набавят храна от слънчевата светлина чрез фотосинтеза.
В: Какво е общото между всички видове водорасли?
О: Общото между всички видове водорасли е, че са автотрофни; те използват естествени източници на енергия и прости неорганични материали.
В: По какво се различават сухоземните растения от неживотворните растения, като водораслите?
О: Несъщинските растения, като водораслите, нямат структурата, която имат сухоземните растения, така че това е, което ги отличава едни от други.
обискирам