I. Водоросли и их отличие от других растений.
Мир водорослей огромен. Он занимает в растительном царстве совершенно особое, исключительное по своему значению место, как в историческом аспекте, так и по той роли, которая принадлежит ему в общем круговороте веществ в природе. Вместе с тем само понятие ''водоросли'' в научном отношении страдает большой неопределённостью. Это заставляет специально рассмотреть отличие относимых сюда растительных организмов от других представителей растительного царства
Действительно, слово «водоросли» означает лишь то, что это растения, живущие в воде. Однако в ботанике этот термин применяется в более узком смысле, и не все растения, наблюдаемые нами в водоёмах, можно назвать водорослями. С другой стороны, именно водоросли мы часто попросту не замечаем в водоёмах, так как очень многие из них нелегко распознать невооружённым глазом.
Приглядываясь к различным водоёмам, особенно к озёрам, мы прежде всего замечаем обилие растений. Некоторые из них прикреплены ко дну. К ним относятся, например, крупные зелёные скопления так называемой тины. Здесь же нередко встречаются и более крупные водоросли, состоящие из хорошо заметных на глаз простых или ветвящихся нитей, или совсем крупные хоровые водоросли, внешне похожие на хвощ.
С другой стороны, значительное количество микроскопических водорослей, таких же как в водоёмах, произрастает и на суше: на поверхности почвы и в самой её толще, на деревьях, камнях. Правда, жизнь этих водорослей тоже тесно связана с водой, однако они могут довольствоваться только атмосферной и грунтовой влагой, росой. В отличие от ''водных'' водорослей, эти водоросли легко переносят высыхание и очень быстро оживают при малейшем увлажнении. В царстве растений водоросли относятся к обширному подцарству низших, или слоевцовых растений, куда входят также бактерии, грибы и лишайники. Как и все низшие растения, водоросли размножаются вегетативно или с помощью спор, то есть относятся к споровым растениям. Однако в физиологическом отношении водоросли резко отличаются от остальных низших растений наличием хлорофилла, благодаря которому они способны ассимилировать на свету углекислый газ. Кроме того, многие водоросли, обладающие хорошо развитым хлорофиллом, помимо фототрофного, могут быть свойственны и другие типы питания.
Таким образом, исходя из сказанного, легко вывести точное научное определение водорослей. Водоросли– это низшие, то есть слоевцовые споровые растения, содержащие в своих клетках хлорофилл, и живущие преимущественно в воде. Такое определение, однако, не даёт представление о том огромном разнообразии в строении тела, которое свойственно водорослям. Здесь мы встречаемся и с микроскопическими организмами – одноклеточными и многоклеточными, и с крупными формами различного строения. Большого разнообразия достигают здесь способы размножения и строение органов размножения. Даже по окраске водоросли неодинаковы, так как одни содержат только хлорофилл, другие ещё ряд дополнительных пигментов, окрашивающие их в различные цвета.
Разделение водорослей на систематические группы высшего ранга в основном совпадает с характером их окраски, связанной конечно, с особенностями строения. Водоросли разделены по 10 отделам:
1. сине – зелёные водоросли;
2. пирофитовые водоросли;
3. золотистые водоросли;
4. диатомовые водоросли;
5. жёлто – зелёные водоросли;
6. бурые водоросли;
7. красные водоросли;
8. эвшеновые водоросли;
9. зелёные водоросли;
10. хоровые водоросли.
В научной литературе до сих пор продолжаются споры о положении в общей системе, с одной стороны, сине – зелёных водорослей и, с другой стороны, всех тех водорослей, которые представлены одноклеточными подвижными формами, снабжёнными органами движения – жгутиками (это почти все эвиленовые водоросли, большая часть пирофитовых и золотистых водорослей и отдельные классы жёлто – зелёных и зелёных водорослей).
Действительно, сине – зелёные резко отличаются от других водорослей простотой внутренней организации клеток. Их клетки лишены оформленного ядра, что сближает их с бактериями. Вместе с бактериями сине – зелёные водоросли составляют раздел организмов, обозначенный как прокариоты, то есть ''доядерные'', в отличие от всех остальных растений и животных, обладающих оформленным клеточным ядром и обозначаемых как эукариоты.
Что же касается жгутиковых форм водорослей, то здесь вопрос осложняется тем, что они во многих случаях близки к подобным же бесцветным формам, что дало повод для объединения всех их в общую систематическую группу ''жгутиковых организмов'' и включение в систему животного мира.
С этих позиций мир водорослей как первичных фототрофных организмов един и целостен. Морфологическое многообразие его различных ветвей есть следствие эволюционного взрыва, вызванного появлением фотосинтеза, который обеспечил хлорофилоносным организмам успешное развитие в чисто абиотической среде. Учитывая особенности строения клеток сине – зелёных водорослей, следует думать, что возникновение хлорофилла произошло ещё на прокариотическом уровне, а наличие в настоящее время сходных хлорофилоностных и бесцветных эукариотических жгутиковых форм обусловлено морфологическим параллелизмом эволюционного развития в разных ветвях организмов. Во всяком случае, у водорослей подобное явление морфологического параллелизма распространено очень широко. Такая точка зрения хорошо подтверждается ещё и тем, что в пределах большинства вышеперечисленных отделов водорослей жгутиковые формы тесно связанны переходами с другими, типично ''водорослевыми'' структурами – неподвижными клетками, колониями и нитями. С другой стороны в пределах некоторых отделов имеются и безусловно вторичные обесцветившиеся формы.
Таким образом, у нас нет оснований отказываться от рассмотрения водорослей как морфофизиологической целостности, от выяснения их многообразия в целом, происхождения и взаимных филогенетических связей. Точно так же с этих позиций целостности хорошо выявляются место и роль водорослей в природе: в историческом плане они представляют собой первый этап в развитии всего зелёного ствола растительного мира, а в общем круговороте веществ в природе играют огромную роль как первичное звено всех пищевых связей в водной среде и гигантский поставщик кислорода в атмосферу.
Изучение всех этих вопросов составляет предмет особой науки – альгологии.
II. Способы питания водорослей.
Несмотря на удивительное многообразие жизненных форм растений, большинство из них объединяет уникальная способность, которая определяется способом их питания.
В отличие от животных организмов и многих бактерий, использующих для своей жизнедеятельности готовые органические соединения, у растений выработалась в ходе эволюции способность использовать для питания такие полностью окислённые вещества, как углекислота и вода, и создавать на их основе органические соединения. Этот процесс в природе осуществляется за счёт энергии солнечного света и сопровождается выделением кислорода. Использование световой энергии для биологических синтезов стало возможным благодаря появлению у растений комплекса поглощающих свет пигментов, важнейшим из которых является хлорофилл.
Водоросли, уже простейшие из них – сине – зелёные, являются первыми организмами, у которых появилась в процессе эволюции способность осуществлять фотосинтез с использованием воды в качестве источника водорода и выделением свободного кислорода, то есть процесс, свойственный всем другим водорослям, а за ними и высшим растениям.
Осуществляемый растениями в грандиозном масштабе процесс преобразования энергии света в химическую энергию продуктов фотосинтеза является практически единственным ''руслом'', через которое ''вливается'' в биологически приемлемой форме энергия, необходимая для поддержания жизни и круговорота веществ в биосфере нашей планеты. Именно поэтому выдающийся русский естествоиспытатель К.А. Тимирязев говорил о «космической роли зелёных растений». О размерах фотосинтетической деятельности растений в планетарном масштабе можно судить по тому, что весь кислород атмосферы Земли имеет, как сейчас доказано, фотосинтетическое происхождение. Залежи каменного угля представляют собой своеобразный ''запас'' некогда преобразованной в результате фотосинтеза растений солнечной энергии, складированный в определённые геологические эпохи.
Второй особенностью питания водорослей и других растений, не менее важной, хотя и не такой специфичной, как фотосинтез, является их способность усваивать азот, серу фосфор, калий и другие минеральные элементы в виде ионов минеральных солей и использовать их для синтеза таких важнейших компонентов живой клетки, как аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, макроэргические соединения, вещества вторичного обмена. Среди сине – зелёных водорослей имеются формы, способные осуществлять процесс фиксации свободного азота атмосферы и превращать его в органические азотные вещества своего тела.
III. Клетка водоросли.
Клетка – основная структурная единица тела водорослей, представленных либо одноклеточными, либо многоклеточными формами.
Особенность одноклеточных форм определяется тем, что здесь организмы состоят всего из одной клетки, поэтому в её строении и физиологии сочетаются клеточные и организменные черты.
Мелкая, не видимая простым глазом одноклеточная водоросль выполняет роль своеобразной фабрики, которая добывает сырьё, его перерабатывает и производит такие ценные соединения, как белки, углеводы и жиры. Кроме того, важным продуктом её деятельности считается кислород. Таким образом, она активно участвует в круговороте веществ в природе. Одноклеточные водоросли иногда образуют временные или постоянные скопления в виде колоний.