Какое значение в жизни человека играют водоросли. Биологическая роль водорослей. Влияние водорослей на окружающую природу
Водоросли известны человеку с древнейших времен. Их использовали в хозяйстве, особенно в приморских странах. Водоросли играют колоссальную роль в жизни природы. В воде они являются основными создателями органического вещества и кислорода. Это первое звено в цепи питания. Наземные водоросли важны как пионеры растительности, как накопители первичного гумуса.
Велика роль водорослей и в практической жизни человека. Положительная роль обусловлена участием в создании плодородия почв, азотфиксацией. Существуют съедобные водоросли, а также водоросли, идущие на изготовление лекарственных и биологически активных веществ. Бурые водоросли являются источником альгинатов, используемых в текстильной и пищевой промышленности, фотоиндустрии и производстве косметики, например, для приготовления мороженого, пудинга, желе, зубной пасты, капсул для лекарств и т.д. Из клеточных стенок некоторых красных водорослей получают агар, который используется для пищевой и фармацевтической промышленности, при культивировании микроорганизмов. В некоторых регионах нитчатые зеленые водоросли используют в производстве бумаги, изоляционного и строительного материала. Образуемые из диатомовых водорослей породы (диатомовая земля, кизельгур) используются для производства шлифовочных материалов, в строительстве. Бурые водоросли используются в качестве калийного удобрения.
Отрицательное значение водорослей связано с цветением коды в водохранилищах, засорением агрегатов электростанций, фильтров водопроводных систем, замором рыб. Встречаются токсические водоросли. Возросло и теоретическое значение водорослей в качестве объектов исследования при решении физиологических, биохимических, биофизических, экологических, общебиологических проблем.
ОТДЕЛ CYANOPHYTA (СИНЕ-ЗЕЛЕНЫЕ ВОДОРОСЛИ)
ПОЛОЖЕНИЕ В СИСТЕМЕ ЖИВОГО МИРА
Представители отдела Cyanophyta по внешнему виду напоминают водоросли. Но в отличие от водорослей особенности строения их клетки соответствуют бактериям. Кон в 1857 году объединил бактерии и сине-зеленые водоросли в одну группу Schyzophyta, основываясь на их сходстве по организации клетки: у сине-зеленых водорослей и бактерий отсутствует ядерная оболочка, ядрышки, мембранные органоиды, ДНК не связана с белками-гистонами, в состав клеточной оболочки входит муреин. Некоторые систематики придают сине-зеленым водорослям ранг класса в отделе бактерий и предлагают подчинить номенклатуру Cyanophyta правилам Международного кодекса номенклатуры бактерий. Еще в 1857 году Нэгели, основываясь на отличии сине-зеленых водорослей от бактерий по ряду существенных признаков, рассматривает бактерии и сине-зеленые водоросли как две самостоятельные группы. В современных системах сине-зеленые водоросли и бактерии - это два самостоятельных отдела, объединенных в надцарство Прокариоты. Сине-зеленые водоросли и бактерии, кроме сходства, имеют ряд признаков, существенно отличающие их друг от друга: более высокий уровень морфологической дифференциации таллома, наличие хлорофилла а, оксигенный фотосинтез, отсутствие жгутиковых стадий.
ОБРАЗ ЖИЗНИ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ
Сине-зеленые водоросли, или цианобактерии (отдел Cyanophyta, или Cyanobacteriophyta) имеют очень широкое распространение на земном шаре. Они встречаются в пресных водоемах, морях, в почве (на ее поверхности и на глубине до 1 м), на скалах, снегу, льдах, в горячих источниках, на коре деревьев. Они первыми заселяют вновь образующиеся поверхности земли, например вулканические острова. Некоторые сине-зеленые водоросли, например носток, входят в состав слоевища лишайников.
РОЛЬ В БИОСФЕРЕ И ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА
Сине-зеленые водоросли имеют большое значение в жизни человека.
§ некоторые виды являются съедобными (например, носток сливовидный);
§ водоросли, способные связывать свободный атмосферный азот (например, виды рода анабена), разводят на заливаемых водой рисовых полях для повышения плодородия;
§ лекарственное значение (медицинские препараты на основе сине-зеленых водорослей).
Некоторые виды имеют отрицательное значение:
§ токсичны для животных (некоторые виды рода мерисмопедия);
§ вызывают «цветение» воды, что при отмирании может вызывать гибель рыбы.
Поглощают углекис-лый газ и выделяют кислород, создавая питательные ве-щества для водных животных. Водоросли используются человеком в пищевой, фармацевтической и парфюмерной промышленности.
Водоросли имеют большое значе-ние в биосфере. Это-му способствует их повсеместное распространение. Благода-ря способности к фотосинтезу они создают в водоемах огром-ное количество органических веществ, которые используются водными животными. Иными словами, водоросли являются кормильцами водных животных. Водоросли являются источ-ником кислорода. Поглощая из воды углекислый газ, водо-росли насыщают ее кислородом, необходимым для всех жи-вых организмов .
Многие водоросли (эвглена, хламидомонада и др.) натянут-ся активными санитарами загрязненных водоемов, в том чис-ле хозяйственных и бытовых стоков городской канализации.
В геологическом прошлом Земли водоросли играли важ-ную роль в образовании меловых пород, известняков, рифов, особых разновидностей угля, были родоначальниками расте-ний, заселивших сушу.
Водоросли чрезвычайно широко используются в различ-ных областях хозяйственной деятельности человека, в том числе в пищевой, фармацевтической и парфюмерной про-мышленности.
Большое значение в природе и хозяйственной деятельно-сти человека имеет хлорелла. Быстрое размножение и высо-кая интенсивность фотосинтеза (примерно в 3-5 раз выше, чем у растений) приводят к тому, что за сутки масса хлорел-лы увеличивается более чем в 10 раз. При этом в клетках на-капливаются белки (до 50% сухой массы клетки), сахара, жиры, витамины и др. В специальных установках хлореллу выращивают в промышленных масштабах (рис. 40).
Способность хлореллы в процессе фотосинтеза интен-сивно поглощать углекислый газ и выделять кислород дела-ет возможным ее использова-ние для восстановления возду-ха в замкнутых пространствах, например на космических стан-циях и подводных лодках.
Водоросли служат сырьем для получения ценных органи-ческих веществ: спиртов, лаков, органических кислот, йода. Из водорослей получают также особые вещества, на основе которых изготавливают высококачественный клей. Эти ве-щества используются в текстильной и бумажной промыш-ленности для придания бумаге плотности и глянца.
Из морских водорослей получают агар-агар. Он приме-няется в качестве плотной среды, на которой с добавлени-ем определенных питательных веществ выращивают грибы , бактерии . В больших количествах агар-агар используют в пи-щевой промышленности при изготовлении мармелада, пасти-лы, мороженого и других продуктов.
Человек использует водоросли в пищу. Наибольшей извест-ностью как питательное, лечебное и профилактическое сред-ство пользуется ламинария. Она известна под названием мор-ская капуста (рис. 41). Морскую капусту применяют для лече-ния желудочно-кишечных рас-стройств, при заболеваниях щи-товидной железы, рахите и др. Материал с сайта
Ламинария идет на корм ско-ту как пищевая добавка, содер-жащая многие химические эле-менты, в том числе большое количество йода. Поэтому она ис-пользуется для получения йода и углеводов, применяемых также в пищевой, медицинской и микро-биологической промышленности.
В сельском хозяйстве водо-росли применяются как орга-нические удобрения под неко-торые растения (рис. 42).
Водоросли могут приносить вред хозяйственной деятельно-сти человека. Чрезмерное их размножение в мелиорацион-ных каналах и рыборазводных прудах может приводить к цветению воды, замору рыбы, гибели других водных орга-низмов, затрудняет отлов рыбы. Обильное размножение во-дорослей мешает проходу судов в судоходных водоемах. Поэтому каналы и водоемы приходится периодически очи-щать от водорослей.
Общая характеристика отдела Красные водоросли
Красные водоросли, или Багрянки (Rhodophyta ) - отдел водорослей, характерной особенностью которых является отсутствие жгутиковых стадий. Багрянки - это самая большая и своеобразные группа среди придонных морских водорослей. Отдел Красные водоросли насчитывает около 4 тыс. Видов.
Общие признаки. Своеобразие багрянок обусловлена, прежде всего, набором пигментов. Кроме зеленого пигмента, красные водоросли содержат еще красные, синие и желтые. Характерную окраску красных водорослей определяется, прежде всего, наличием особых красных и синих пигментов - фикобилины, которые есть только в них и цианобактерий. Различные сочетания фикобилины с желтыми и зелеными пигментами может обусловливать розовое, красное, оранжево-желтое, фиолетовое или почти черную окраску. Красные пигменты позволяют этим водорослям улавливать слабый свет на глубинах 200-250 м. Они, пожалуй, единственными водорослями, живущих на такой глубине. Отдел Красные водоросли объединяет преимущественно многоклеточные организмы, только некоторые виды этих водорослей являются одноклеточными или колониальными. Слоевище большинства багрянок выглядит красивых кустиков или пластинок. Клеточные покровы представлены несколькими слоями, в составе которых есть целлюлоза, пектиновые вещества и агар-агар. Тело многих красных водорослей очень нежное и хрупкое. Но есть часть багрянок, которые откладывают в своих клеточных стенках карбонат кальция. Запасают красные водоросли особое вещество - багрян- ный крахмал, который откладывается в цитоплазме. Красные водоросли размножаются вегетативно - частями таллома и дополнительными "побегами", которые могут отрастать от стелющихся нитей или подошвы, Неполовой - с помощью спор, и поло - с участием гамет. Интересно, что никакие их клетки, в том числе и половые, не имеют жгутиков.
Распространение и разнообразие. Наиболее распространены эти водоросли в теплых морских водах, хотя многие виды живет и в холодных районах земного шара. Меньше сотни видов найдены в пресных водоемах (например, водоросли рода Батрахоспермум), где любят холодные швидкотекучи воды. Есть среди красных водорослей и наземные жители, которых можно встретить в виде красноватых слизистых налетов на стенках оранжерей, во влажной почве, по краям луж в саду (например, одноклеточные водоросли из рода порфиридиум). Почти все красные водоросли обычно прикреплены к камням или других водорослей, поэтому они имеют ризоиды или подошву. С помощью фикобилины багрянки хорошо приспособлены к поглощению синих и фиолетовых лучей, которые проникают на большую глубину. В 1984 году коралинову красную водоросль
было найдено на глубине 268 м, что является рекордной отметкой для фотосинтезирующих организмов. Это почти на 100 м ниже глубины, куда обычно проникает солнечный свет. Клеточные оболочки большинства красных водорослей содержат агар, делает их гибкими и скользкими на ощупь. Многие багрянок откладывают в своих оболочках для укрепления минеральные соли, поэтому они твердые, как камень.
Самыми известными красными водорослями является порфира, батрахоспермум, немалион, литотамнион, Коралина, филлофора, анфельция, калитамнион, делесерия и др. Порфира выглядит пластинки розово-пурпурного цвета с гладкими или волнистыми краями, до нескольких десятков сантиметров в длину и до 10-20 см в ширину. Пластинка состоит из одного-двух слоев клеток и с помощью подошвы прикрепляется к подводным субстратов. Распространены эти водоросли как в северных, так и в южных морях, где живут в прикрепленном состоянии на камнях, скалах. Филлофора имеет кустистые талом, представленные стелющимися "побегами", от которых поднимаются вертикальные стебли. Верхняя часть каждого стебли уплощена, разрастается по краям и образует пластину с утолщением посередине.
Значение в природе. Багрянки играют заметную роль в жизни моря: являются пищей для животных, образуют кислород, участвуют в процессах самоочищения воды и тому подобное. Коралина водоросли играют важную роль в образовании коралловых рифов. Производительность таких рифов и их способность расти в относительно бедных питательными веществами тропических водах напрямую зависит от этих водорослей.
Значение для человека. Красные водоросли используют в пищу. Например, порфира является съедобной водорослью (народное название - красный морской салат) и введена в промышленную культуру, которую выращивают на специальных морских фермах. Красный морской салат считается деликатесом, вкус которого обусловливают органические соединения - аминокислоты. Используют красные водоросли и в медицине. Из них получают йод, с Коралины изготавливают препараты для устранения изжоги. А одну из водорослей северного моря - Хондрус - в сухом виде издавна употребляют как лекарство при болезнях дыхательных путей. Из других багрянок добывают агар-агар, который применяется во всех микробиологических лабораториях мира для выращивания микробов. Без него нельзя обойтись и в пищевой промышленности. Кондитеры используют агар для получения желе, мармелада, конфет, а пекари добавляют в тесто его небольшое количество, чтобы хлеб, батоны, бисквиты долго не черствели. С филлофоры в Украине получают вещество, которое называют "черноморским агаром". Вдоль северо-западного побережья Черного моря, между Одессой и Очаковом, находится зона, где на глубине 5-60 м филлофора образует сплошные заросли. Это самое большое в мире группировки этих растений.
Итак, наиболее характерными признаками багрянок является отсутствие джгутиковии стадий, красную окраску, обусловленное фикобилины и запасания Багрянки весо крахмала.
Значение водорослей в природе и жизни человека
Водоросли играют важную роль в синтезе органического вещества на Земле. В комплексе организмов, осуществляющих круговорот веществ в природе, водоросли вместе с автотрофным бактериями и высшими растениями составляют звено продуцентов, за счет которых существуют все остальные бесхлорофильные организмы планеты. Участвуя в процессах круговорота веществ в природе, водоросли являются активными агентами самоочищения водоемов, а также первичных грунтотвирних процессов и восстановления плодородия почв. В геологической летописи нашей планеты водоросли также оставили отпечаток в виде диатомитов и известняков. В природе водоросли являются источником пищи для многих водных обитателей, насыщают кислородом толщу воды и воздуха атмосферы. Вместе с бактериями много одоростей осуществляют очистку водоемов. Из остатков водорослей после их отмирания образуются горные породы. Вместе с тем водоросли могут иметь и отрицательное значение. Так, при массовом размножении микроскопических водорослей в водоемах возникает «цветение воды" зеленого, красного, желтого, коричневого окраса.
Из водорослей человек добывает вещества, которые используются для производства продуктов питания. Некоторые морские водоросли съедобные, и многим людям по вкусу. В пищу употребляются бури и красные водоросли. Чаще всего их просто выбирают из воды, но некоторые выращивают специально. Бури и зеленые водоросли являются кормом для животных. Кроме того, из водорослей получают удобрения, их применяют в медицине для заживления ран, лечении простуды. Современные препараты из водорослей применяют для лечения людей, которые подверглись радиоактивному облучению. Некоторые водоросли используют для определения степени загрязнения сточными водами и нефтепродуктами. Многие водорослей являются удобными объектами для научных исследований.
Итак, огромное значение водорослей в природе и для человека обусловлено, в основном, тем, что они производят огромную массу органично го вещества и производят кислород.
Выход на сушу стал причиной развития высших растений.
Значение водорослей в природе чрезвычайно разнообразно. В Мировом океане их масса составляет приблизительно 2х10п тонн, или около 10% массы всех зеленых растений нашей планеты. Водоросли являются основным кормом для растительноядных водных животных – от одноклеточных до рыб и млекопитающих. Кроме того, они насыщают кислородом толщу воды и воздух над водоемами. Некоторые водоросли имеют защитную оболочку из углекислого кальция. Такие оболочки отмерших растений образуют осадочную породу – известняк. Панцири отмерших диатомовых водорослей, оседая на дно на протяжении миллионов лет, образовали осадочную породу диатомит.
Зеленые одноклеточные водоросли могут входить в состав лишайников, о которых вы узнаете позже. Почвенные водоросли выделяют особые вещества, способствующие процессам почвообразования. Они обогащают почву кислородом, а их отмершие остатки образуют органическое вещество, повышающее плодородие почвы. Массовое размножение этих водорослей – «цветение почвы», наблюдаемое чаще всего весной или осенью, – считается приметой хорошего урожая.
Использование водорослей человеком. Ежегодно люди употребляют в пищу несколько миллионов тонн водорослей. Преимущественно это бурые водоросли, и в первую очередь морская капуста. В ней содержится много питательных и полезных веществ, в частности соединения йода, необходимые для обеспечения нормального обмена веществ в организме человека.
Всем известные сладости пастилу или мармелад изготавливают на основе агара (или агар–агара) – желеобразного вещества. Его получают из красной водоросли филофоры, которая встречается в Черном и Азовском морях. Однако наибольшее количество агара используется в микробиологической промышленности: на его основе изготавливают искусственные питательные среды для выращивания полезных бактерий и грибов. Из водорослей, преимущественно бурых и красных, получают различные органические кислоты, спирты, витамины, красители, клейкие вещества, йод и другие лекарственные препараты.
Водоросли используют в биологическом методе очистки загрязненных вод. Для этого сточные воды предприятий отстаивают в последовательно соединенных между собой водоемах, в каждом из которых определенные организмы, в том числе различные виды водорослей, поглощают из воды вредные вещества. Например, хламидомонада способна выбирать из воды растворенные в ней органические вещества, чем способствует процессам самоочищения загрязненных водоемов.
Отмершие водоросли оседают на дне водоемов, образуя органический ил. Его широко используют в сельском хозяйстве как удобрение.
Массовое размножение одноклеточных зеленых и некоторых других водорослей вызывает «цветение воды». При этом водоемы приобретают зеленый цвет. В Украине цветение воды ежегодно происходит, например, в водохранилищах Днепровского каскада. Вместе с другими организмами, поселяясь на подводных частях кораблей, гидротехнических сооружений (например, шлюзов), многоклеточные водоросли нарушают их нормальную работу.
Из некоторых красных водорослей, обитающих в тропических морях, получают вещества, необходимые для производства высококачественного мороженого и особых сортов губной помады. В странах Южной Азии их искусственно выращивают на определенных участках морского дна.
Некоторые морские моллюски питаются водорослями: при этом хлоропласты не перевариваются, а попадают в жабры. На свету в них происходит фотосинтез, в ходе которого образуется столько кислорода, что он не только обеспечивает потребности в нем моллюска для дыхания, но и частично поступает в воду.
Ил, образованный остатками диатомовых водорослей, называется диатомитом. Его высушивают и пропитывают определенными веществами. Так получают взрывчатку – динамит, изобретенный в конце XIX века шведским инженером Нобелем. Часть прибыли от производства взрывчатки он завещал на поддержку наиболее выдающихся писателей, ученых и политиков. Так появилась широко известная Нобелевская премия.
По берегам пресных водоемов часто можно заметить скопления желто–зеленых шариков диаметром до нескольких миллиметров. Если такой шарик выкопать, осторожно отмыть от грязи и рассмотреть под микроскопом, то можно увидеть, что у него снизу имеются разветвленные бесцветные выросты – ризоиды, с помощью которых растение закрепляется в почве. Это растение называют ботридиум зернистый. Но мы не заметим отдельных клеток этого растения, так как весь шар водоросли вместе с ризоидами – это единая клетка с многочисленными ядрами. У морских видов такие многоядерные клетки могут достигать в длину нескольких десятков сантиметров.
В слани бурых водорослей содержится особое вещество. Его способность склеивать разные предметы почти в 40 раз выше, чем обычного канцелярского клея. Это вещество используют для пропитывания водонепроницаемых тканей, в производстве картона.
На основании изучения материала параграфа, дополнительной литературы и ваших наблюдений подготовьте сообщение на тему «Многообразие водорослей и их значение в природе и жизни человека».
Ответ
Водоросли часто называют низшими растениями, но это не совсем правильно. У них нет таких вегетативных органов, таких как листья, ствол, корень. Поэтому правильнее было бы определить водоросли как группу одно- и многоклеточных организмов, обладающих следующими признаками:
— обитание в водной среде;
— питание за счет света и углекислого газа (фотоавтотрофы);
— наличие хлорофилла;
— отсутствие выраженного деления тела на органы.
Водоросли бывают морские и пресноводные. Все морские растения участвуют в фотосинтезе. Как известно, для этого нужен хлорофилл. Однако водоросли бывают не только зелеными, но и красными, бурыми, желтыми. Наземные растения играют важную роль в экосистеме. Значение водорослей в природе также велико. Они являются древнейшими организмами и прародителями наземных растений. Они обогатили атмосферу планеты кислородом и дали возможность появлению разнообразной фауны. Озоновый слой, защищающий Землю от радиации, — тоже их заслуга.
Источник питания
Морские растения служат пищей для многих подводных обитателей. Для травоядных рыб, ракообразных, млекопитающих, моллюсков они являются основой рациона. Около 80 % питательных веществ в океане – это водоросли или продукты их разложения. Без этого простейшего, но важного звена пищевой цепочки не смогут жить многие другие виды морских существ.
Обогащение кислородом
Это то, ради чего водоросли высаживают в аквариумах. Но мало кто знает, что водные растения вырабатывают больше кислорода, чем все наземные, включая деревья. В этом заключается огромное значение водорослей для всей планеты.
Надежное убежище для подводной живности
Плантации водорослей создают естественное укрытие для многих морских обитателей. Рыбы прячутся среди зарослей от хищников, а также используют их для разведения потомства. Водоросли участвуют в формировании рифов, которые являются своеобразными «мегаполисами» морских существ. В Тихом океане водорослевых рифов даже больше, чем коралловых.
Биоудобрение
Отмершие части морских растений оседают на дне водоема, образуя плодородный слой. Его собирают и получают высококачественное удобрение, богатое микро- и макроэлементами. Этот органический ил используют в сельском хозяйстве.
Использование в промышленности
Значение водорослей не ограничивается только природной средой. Так, некоторые виды используют при изготовлении продуктов питания, лекарств, ткани и бумаги. Из бурых водорослей получают альгин и альгинаты. Благодаря клеящим свойствам их применяют при производстве таблеток. Из альгинатов делают растворимые хирургические нити. Из красных водорослей добывают агар-агар, который обладает прекрасными желирующими свойствами. Его используют в производстве мармелада, пастилы, зефира и других продуктов.
Здоровье
Китайская медицина применяет водоросли уже более 3 тыс. лет. Морские растения содержат большое количество полезных веществ, среди них: витамины; минеральные соли; йод. Ламинария, известная как морская капуста, применяется для профилактики таких болезней, как: рахит; склероз; болезни кишечника. Обнаружена польза бурых водорослей для очищения организма от радиоактивных веществ, а также для борьбы со СПИДом.
Вред
Несмотря на огромное значение, водоросли приносят и вред. Некоторые виды выделяют токсины, которые нарушают жизнедеятельность водных обитателей и вызывают болезни животных и человека. Если количество морских растений становится очень большим, это приводит к «цветению» воды. Объем кислорода в таком водоеме уменьшается, увеличивается количество углекислого газа и фенолов.