Роль водорослей в природе и жизни человека. Практическое использование водорослей. Значение водорослей в сельском хозяйстве

Повсеместное распространение водорослей в природе и обильное, а подчас и массовое развитие их в водоемах разного типа, на наземных субстратах и в почве определяют огромное значение этих растений как в повседневной жизни человека, так и в его хозяйственной деятельности. И все же имеющиеся возможности практического использования водорослей далеко еще не исчерпаны, а методы управления их жизнью только намечаются.

Взаимоотношения «водоросли - человек» очень многогранны и подчас совершенно неожиданны. Казалось бы, что может быть общего между водорослями и текстильной промышленностью, кондитерским делом и изготовлением бумаги? Однако некоторые вещества, получаемые из морских водорослей, имеют здесь прямое приложение. Разве можно было предполагать хоть какую-нибудь связь между пресноводными водорослями и космическими полетами? Однако выясняется, что дальние рейсы космических кораблей будут, по-видимому, невозможны без участия этих мельчайших зеленых аккумуляторов солнечной энергии. И многое, многое другое. Сложность этих взаимоотношений усугубляется еще и тем, что одни водоросли могут приносить человеку пользу, другие - вред, а нередко одни и те же проявления их жизнедеятельности в одних условиях оказываются полезными, в других - вредными. Кроме того, влияние водорослей проявляется не однозначно, а несколькими, в основном двумя, путями -косвенным и прямым, которые, впрочем, нередко переходят друг в друга. Косвенное влияние выражается в том, что на хозяйстве отражаются те естественные процессы, которые вызывают водоросли в природе; человек, учитывая эти процессы, пытается активным вмешательством в природу увеличить их положительное или уменьшить их отрицательное значение. Прямой путь - это путь непосредственного использования водорослей как растительных продуктов или как сырья для получения различных содержащихся в них веществ, ценных для человека. Применительно к водорослям континентальных водоемов преобладает косвенный путь, морские водоросли предоставляют широкие возможности прямого использования.

Практическое значение водорослей косвенного характера в наибольшей мере проявляется в рыбном, сельском и коммунальном хозяйствах, а также при эксплуатации водного транспорта и гидротехнических сооружений, отчасти в медицине, тогда как прямое использование их наиболее весомо в качестве пищевого продукта и сырья для ряда отраслей промышленности. Первое из этих направлений отражено при описании разных групп водорослей, об основных вехах второго направления речь пойдет здесь.

С древнейшего времени, уходящего своими корнями, вероятно, к первым поселениям человека на морском побережье, морские водоросли используют в пищу и как корм для домашних животных. По берегам морей и океанов их употребляют почти всюду, но особенно широко в Японии, где они являются настоящим национальным кушаньем. В европейских странах преобладает кормовое использование морских водорослей. У нас в СССР морские водоросли употребляет в пищу население главным образом дальневосточного побережья и Камчатки, в меньшей степени - жители берегов Мурмана и Белого моря и совсем не едят их на Черном море.

Употреблять в пищу можно, по-видимому, почти все водоросли, так как ядовитых форм среди них нет, не годятся лишь слишком грубые или невкусные. Так, например, на Сандвичевых островах из 115 имеющихся видов местное население употребляет в пищу около 60.

Конечно, многое зависит от привычки, способа приготовления и индивидуальных склонностей, но даже и на вкус очень придирчивого человека при соответствующей обработке съедобны весьма многие водоросли. Они служат или непосредственно как продукт питания, или для приготовления различных острых приправ и гарниров.

Наибольшей известностью пользуется у нас так называемая морская капуста. Это главным образом ламинария и близкие к ней виды бурых водорослей, например алария и ундария (табл. 39, 1 - 3). Продукты, получаемые из ламинариевых, известны в Японии под названием «комбу»; для их приготовления применяют не менее 12 способов. Собранную морскую капусту высушивают на берегу, затем режут на ленты и складывают в пачки. Из морской капусты и комбу приготовляют самые разнообразные кушанья, чаще всего употребляя вместо обыкновенной капусты в супах, с мясом, рыбой, рисом и т. п. Употребляют ее и в кондитерских изделиях - засахаренную, в пастиле, конфетах и т. д.

,
,

Широко известны и высоко ценятся за нежность и вкус некоторые красные водоросли из рода порфира (табл. 20, 1), известные у нас под названием красного морского салата, а в Японии в зависимости от сорта их называют «аманори», «азакузанори», «хошинори» и т. д. Эти водоросли или едят в сыром виде, приготовляя различные салаты, или варят с мясом, рисом и другими продуктами. Аналогичное применение, особенно в сыром виде в качестве салата, имеет и зеленая водоросль ульва (табл. 31, 6), называемая зеленым морским салатом, а также красная родимения (табл. 21, 4).

Многие из водорослей перерабатывают сначала в муку, которую затем употребляют для разнообразных печений и других блюд. Из продуктов, выпускаемых нашей пищевой промышленностью, наибольшее распространение по всей стране получили консервы из морской капусты с овощами и пастила «Зефир» с примесью этой же водоросли.

Химический анализ наиболее известных представителей пищевых водорослей показывает, что в них больше всего углеводов, тогда как белков много только у красного морского салата, а содержание жиров всюду крайне незначительно. Что же касается усвоения всех этих веществ человеком при питании водорослями, то имеются данные, что жиры и углеводы усваиваются в пределах обычной нормы, а усвоение белков колеблется в пределах от 31,7 до 80 %, равняясь в среднем 61,1 %. Таким образом, морские водоросли вполне питательный продукт. Считают, что усвоение, например, морской капусты не уступает усвоению обычной капусты, перед которой она имеет ряд преимуществ. Однако особую ценность водорослевой пище придает то, что, кроме общей питательности, она богата витаминами и обладает рядом диетических и лечебных свойств.

Так, в морских водорослях точно доказано наличие витаминов А, В1, В2, В12, С и D. Особенно богата витаминами красная водоросль порфира, высокоценимая как пищевой продукт. Витамина B1 отсутствие которого в пище вызывает у человека болезнь бери-бери, в порфире оказалось лишь вдвое меньше, чем в высоковитаминозных пивных дрожжах, фактора роста - витамина В2 - обнаружено в ней вдвое больше, чем в капусте и моркови, а антицинготного витамина С в ней столько же, сколько в лимоне. Большое значение имеет также содержание в морских водорослях иода, брома, мышьяка и некоторых других веществ. Наибольшей известностью как лечебное и профилактическое средство пользуется морская капуста, применяемая против некоторых желудочно-кишечных расстройств, явлений склероза, зоба, рахита и ряда других заболеваний. Ее продают в аптеках в виде сухой крошки, получаемой путем измельчения слоевищ водоросли.

,

В отличие от морских пресноводные и наземные водоросли мало употребляют в пищу. Очевидно, в данном случае пищевое значение могут иметь лишь те водоросли, которые образуют крупные колонии или скапливаются большими компактными массами. Так, считаются съедобными три вида сине-зеленых водорослей из рода носток, образующие слизистые колонии: носток сливообразный (Nostoc pruniforme, табл. 3, 9), шаровидные или эллипсоидные хрящевато-слизистые колонии которого размером до куриного яйца нередко скапливаются в массе на дне небольших водоемов; затем повсеместно распространенный носток обыкновенный (N. commune, рис. 54, 1), образующий крупные пластинчатые слизистые слоевища на влажной почве, и носток войлочный (N.flagelliforme), широко распространенный в Северном Китае, где он обитает на бесплодных почвах и в сухом состоянии имеет вид войлочных дерновин из тонких темных нитей, становящихся слизистыми при увлажнении. Для Японии был описан случай образования на склонах некоторых вулканов мощных пластов студенистой органической массы, состоящей преимущественно из колонии одноклеточных сине-зеленых водорослей; местное население называет эти скопления «ячменный хлеб тенгу» (тенгу, по поверью, добрый горный дух) и с давних времен употребляет их в пищу. Советские ботаники, посетившие в конце 50-х годов районы Южного Китая, обнаружили продававшиеся на рынке сухие волокнистые бледно-зеленые лепешки, состоящие из нитчатых зеленых (зигнемовых) водорослей: как выяснилось, их едят поджаренными на растительном масле. Наконец, в самые последние годы в научной литературе получил широкую известность один вид сине-зеленой нитчатой водоросли спирулины (Spirulina platensis), образующий скопления в озере Чад (Южная Африка); местное население издавна употребляет его в пищу. В настоящее время зта водоросль стала одним из популярных объектов массового культивирования в различных, в том числе и пищевых, целях.

Промышленное использование морских водорослей по сравнению с пресноводными также имеет значительно большие масштабы и более давнюю историю. В настоящее время под термином «водорослевая промышленность» разумеют промышленную переработку именно морских водорослей. Из них получают как различные органические соединения, так и минеральные вещества.

Одним из наиболее известных промышленных продуктов водорослевого происхождения является агар, или кантен, представляющий собой слизистое вещество, извлекаемое из морских водорослей путем их выварки. Все морские водоросли в той или иной мере отличаются слизистостыо слоевищ. Если их подвергнуть выварке, то слизь переходит в раствор, застывающий при охлаждении в плотный студень белого или желтоватого цвета (в зависимости от очистки). Его высушивают и выпускают в продажу в виде лент, плиток, кубиков и порошка. Сухой агар в кипящей воде снова легко переходит в раствор, и даже 20 г его на литр воды дают довольно плотный студень.

Агар представляет собой не одно определенное вещество - это смесь веществ, более всего углеводов, состав которой зависит от того, из каких водорослей и как ее получают. Наилучшие сорта агара дают некоторые красные водоросли - гелидиум (табл. 39, 4), грацилярия и некоторые другие. В СССР агар получают из красной водоросли анфельции (Ahnfeltia plicata, табл. 39, 5), в больших количествах произрастающей в Белом море и в дальневосточных морях, и близкий к нему агароид, получаемый из красной водоросли филлофоры (Phyllophora nervosa, табл. 39, 6), запасы которой в Черном море неисчерпаемы.

Применение агара разнообразно. В больших количествах его используют в пищевой промышленности при изготовлении мармелада, пастилы, мороженого, сыра и других, преимущественно кондитерских, изделий. Агар добавляют в хлеб, это повышает его качество, и он не так быстро черствеет. В бумажной промышленности его применяют для придания бумаге плотности и глянца, с той же целью его используют в текстильной промышленности при аппретуре, т. е. отделке тканей, и в ряде других отраслей. Наконец, в громадных количествах агар используют в научно-исследовательской работе в качестве твердой среды (после пропитывания питательными солями) для культивирования микроорганизмов. При сходной, но более грубой обработке из водорослей получают клей, который находит применение как в текстильном, так и строительном деле. Прибавление клея к цементу, штукатурке и прочим строительным материалам увеличивает их крепость и водонепроницаемость.

Однако наибольшую ценность из всех органических веществ, получаемых из морских водорослей, представляют так называемый альгин, или альгиновая кислота, и ее соли - альгинаты. В чистом виде они обладают большой клеющей силой, в 37 раз превосходящей гуммиарабик и в 14 раз крахмал. Это делает альгин особо ценным для аппретуры тканей и бумаги и для целого ряда других производств, где требуется сильный клей.

Морские водоросли долгое время служили сырьем для получения одного из ценных неорганических веществ - иода (позднее были найдены более дешевые способы извлечения его из воды некоторых минеральных источников и соляных залежей). Сравнительно недавно их стали применять для получения и других элементов, главным образом калия и натрия. Все эти вещества входят в состав золы, количество которой в морских водорослях весьма велико - от 15 до 45, а у некоторых форм и до 53% от абсолютно сухого веса слоевищ. Доказано, что содержание солей калия в золе водорослей доходит до 35%.

Очевидно, при одностороннем использовании морских водорослей происходят большие потери этого ценного сырья. При сжигании на золу пропадают все органические вещества, при выработке только органических веществ пропадают все зольные элементы. Поэтому уже давно стремятся выработать методы комплексной переработки водорослей, которые позволили бы получить из одной и той же порции водорослей максимальное количество продуктов. Имеющийся в зтом направлении опыт показывает, что, кроме ранее перечисленных веществ, из морских водорослей действительно можно получить ряд высокоценных продуктов - спирт, уксусную, молочную и другие органические кислоты, маннит, ацетон, эфиры и т. д.

Возможности промышленного использования водорослей континентальных водоемов по сравнению с морскими водорослями значительно более ограничены, и имеющиеся в этом направлении попытки еще не вышли за рамки лабораторных изысканий или отдельных производственных задач, не получивших широкого развития. Наибольшее внимание как высококачественное сырье для производства бумажной массы издавна привлекали огромные запасы нитчатых водорослей кладофоры и ризоклониума в многочисленных озерах Западной Сибири и северных районов Казахстана. Оболочка клеток этих водорослей представляет собой почти чистую клетчатку. В одних только озерах Барабинской и Кулундинской степей общей площадью в несколько десятков тысяч квадратных километров ежегодный урожай этих нитчаток составляет не менее 100 000 т, что может дать товарный сбор в пределах 50 000 т. Производственные опыты оказались весьма удачными: из этих водорослей были получены различные сорта беловой бумаги, в смеси с макулатурой - оберточной и обойной бумаги, а при специальной обработке также картон и строительные материалы разного типа. Однако добиться рентабельности этого производства пока не удалось.

В последнее время на Украине начались исследования по практическому применению массы микроскопических планктонных синезеленых водорослей, накапливающейся в водохранилищах в периоды летнего «цветения» воды - явления, ставшего в годы жаркого лета подлинным бичом наших южных искусственных водоемов. Исследования показали принципиальную возможность использования этой массы как в сельском хозяйстве в качестве органического удобрения под некоторые культуры и кормовой добавки в пищевом рационе домашних животных, так и в промышленности для получения некоторых ценных химических веществ. Однако серьезным препятствием на этом пути служит сезонность «цветения» воды, непостоянство этого явления и его зависимость от погодных условий каждого отдельного лета. Поэтому действительно широкий размах получает сейчас другое направление в практическом использовании микроскопических водорослей, основанное на возможности управлятыгроцессом,- искусственное культивирование их в производственных целях. Исходным объектом такого культивирования послужила одноклеточная водоросль хлорелла, по к настоящему времени в круг подобных объектов вовлечены не только другие зеленые, но и сине-зеленые и диатомовые водоросли. Это направление, постепенно становящееся особой отраслью микробиологической промышленности, чрезвычайно интересно и значительно.

Жизнь растений: в 6-ти томах. - М.: Просвещение. Под редакцией А. Л. Тахтаджяна, главный редактор чл.-кор. АН СССР, проф. А.А. Федоров . 1974 .

). Они встречаются повсюду: в морях и океанах, в пресных водоёмах, на влажной почве и на коре деревьев.

Рис. 1. Представители подцарства: Водоросли (Algae) Среди водорослей встречаются одноклеточные, многоклеточные ( ) и колониальные организмы. Клетки некоторых водорослей содержат много ядер, другие не содержат межклеточных перегородок. Клеточные оболочки состоят, как правило, из целлюлозы. Клетки (похожие на растительные) могут соединяться торцами, образуя цепочки или нити, иногда ветвистые. Проводящая система и корни отсутствуют; неподвижные формы прикрепляются ко дну разветвлёнными выростами – ризоидами . Размеры водорослей изменяются от долей микрона (кокколитофориды и некоторые диатомеи ) до гигантских как например макроцистис достигающий до 40 метров в длину.

Рис. 2. Строение многоклеточных водорослей. Слева клетка нитчатой спирогиры, справа – фукус пузырчатый Многие одиночные и колониальные водоросли способны к движению. Некоторые из водорослей для передвижения используют 1 или 2 жгутика ( ). Другие ползают, как амёбы, то сжимая, то растягивая части своего тела. Движение третьих обусловлено токами воды, создаваемыми цитоплазмой.

Водоросли по способу питания являются автотрофами и содержат зелёный пигмент хлорофилл, но некоторые из них способны к гетеротрофии (питанию готовой органикой), как осмотрофной (поверхностью клетки), напр. Жгутиконосцы, так и путём заглатывания через клеточный рот (эвгленовые, динофитовые). Водоросли бывают не только зелёного цвета: среди них можно найти экземпляры бурых, красных, жёлтых и многих других тонов. Пигмент находится в клетке водоросли в специальной органелле ленточной или звёздчатой формы, называемой хроматофором.

Водоросли не образуют цветков и семян; большинство из них размножаются спорами . Споры и гаметы образуются либо в обычных клетках, либо в специальных органах – гаметангиях (мужские – в антеридиях, женские в оогониях или архегониях); у некоторых из них споры и гаметы обладают жгутиками. Половые процессы самые разнообразные: это изогамия (мужская и женская гаметы одинаковы), анизогамия (обе гаметы подвижны, но различаются по размерам) либо оогамия (женская гамета неподвижна и значительно крупнее, чем мужская). Зигота развивается сразу или после некоторого периода покоя. У примитивных водорослей и споры, и гаметы даёт одна и та же особь; у более высокоразвитых функции полового и бесполого размножения выполняют разные особи – спорофиты и гаметофиты . Последние могут прорастать одновременно и в одинаковых условиях, в разных местах либо в разные сезоны. У высших водорослей происходит чередование поколений; при этом либо гаметофит прорастает на спорофите, либо наоборот. Помимо этого распространено бесполое размножение – делением надвое (одноклеточные водоросли), либо вегетативно – частями слоевища или почками.

Рис. 3. Строение одноклеточных водорослей. Слева эвглена зелёная, справа – хламидомонада Водоросли – преимущественно водные существа, обитающие как в морской, так и в пресной воде. Мелкие свободноплавающие водоросли входят в состав планктона ; другие прикрепляются ко дну, иногда образуя целые заросли. Большинство из них обитает на глубине до 40 м; при хорошей прозрачности воды их можно встретить и на глубине до 200 м. В стоячих водоёмах, хорошо прогреваемых солнцем, наблюдается цветение воды. Водоросли живут в почве, на деревьях и скалах. Некоторые зелёные водоросли симбиотируют с грибами, образуя лишайники.

Водоросли являются главным источник органики на Земле (более 80 % от общей биомассы, создающейся в год); с них начинаются практически все водные экологические цепи. Они выделяют в атмосферу более половины всего количества кислорода, освобождаемого растениями в год и являются основной пищей для многих морских животных; некоторые употребляются в пищу человеком. В прибрежных районах водоросли идут на удобрения и корм скоту.

Водоросли являются также одними из самых долгоживущих обитателями, нак например найденная у Алеутских берегов водоросль Clathromorphum compactum была возрастом около 800 лет.

2. Происхождение представителей подцарства Водоросли (Algae)

В следствие отсутствия у большинства водорослей твердых частей изучение их эволюции затруднено и многое из их происхождения до конца еще не ясно. Ископаемые формы основных групп водорослей известны с палеозоя . Косвенное доказательство их существования – наличие морских животных, которые должны были питаться органикой. Крупных колебаний численности и видового разнообразия у водорослей, по-видимому, не было. Предполагается существование в докембрии минимум трех групп фото-трофных прокариот, использовавших в качестве донора электронов воду:

• • • Цианобактерии, содержащие, как и хлоропласты, хлорофилл А и выделяющие при фотосинтезе кислород.
• Зеленые прокариоты, обладающие хлорофиллом Б. Предполагается, что они дали начало пластидам зеленых водорослей и эвгленовых.
• Желтые прокариоты, обладавшие хлорофиллом С, дали начало пластидам дино-флагеллат, золотистых, диатомовых, бурых водорослей.

Рис. 4. Подводный мир архея и раннего протерозоя Возникновение эукариотических водорослей представляют как результат ряда эндосимбиозов между прокариотами. Пластиды зеленых и красных водорослей появились в результате симбиоза фаготрофных эукариот и фототрофных прокариот. Поэтому их пластиды имеют внутреннюю оболочку (прокариотическую клеточную мембрану) и внешнюю (мембрану вакуоли).

Зеленые и красные водоросли появились около 3 млрд. лет назад ( ). Первоночально появились одноклеточные , а затем - колониальные водоросли. Около миллиарда лет назад появились многоклеточные водоросли. Среди зеленых водорослей сохранились формы, ряд которых дает представление об усложнении организации при возникновении многоклеточности у растений: хламидомонада (1-клеточная), гониум (4-клеточная), стефаносфера (8-клеточная), пандорина (16-клеточная), эудорина (32-клеточная), вольвокс (40 тыс. клеток соматических и генеративных).

Основные черты эволюции водорослей:

3. Систематика водорослей

В настоящее время известно более 100 тысяч видов водорослей . Сине-зелёные водоросли относятся к прокариотам. Скорее всего, они не являются предками настоящих водорослей, однако, возможно, вошли в растительную клетку в качестве симбионтов, превратившись в хлоропласты . Остальные водоросли разделяются на десять отделов . Разделение водорослей на группы в основном совпадает с характером их окраски, что, в свою очередь, связано с набором пигментов, а также основано на общих особенностях строения. При таком подходе выделяется 10 групп водорослей: синезеленые (Cyanophita ), пирофитовые (Pyrrophyta ), золотистые (Chrysophyta ), диатомовые (Bacillariophyta ), желто-зеленые (Xanthophyta ), бурые (Phaeophyta ), , красные (Rhodophyta ), эвгленовые (Euglenophyta ), зеленые (Chlorophyta ) и харовые (Charophyta ).

4. Цитология

Как упомяналось выше, клетки водорослей - вполне типичные для ( , ). Очень похожи на клетки (мхов, плаунов, папоротникообразных, голосеменных и цветковых). Основные отличия - на биохимическом уровне (различные фотосинтезирующие и маскирующие пигменты, запасающие вещества, основы клеточной стенки и т. д.) и в цитокинезе (процессе деления клетки).

Фотосинтезирующие (и «маскирующие» их) пигменты находятся в особых пластидах - хлоропластах . Хлоропласт имеет две (красные, зелёные, харовые водоросли), три (эвглены, динофлагелляты) или четыре (охрофитовые водоросли) мембраны. Также он имеет собственный сильно редуцированный генетический аппарат, что позволяет предположить его симбиогенез (происхождение от захваченной прокариоты). Внутренняя мембрана выпячивается внутрь, образуя складки - тилакоиды , собранные в стопки - ламеллы : монотилакоидные у красных и синезелёных, двух- и больше у зелёных и харовых, трёхтилакоидные у остальных. На тилакоидах, собственно, и расположены пигменты. Хлоропласты у водорослей имеют различную форму (мелкие дисковидные, спиралевидные, чашевидные, звёздчатые и т. д.).

Рис. 5. Своеобразный «остров» из бурых водорослей в Саргассовом море У многих в хлоропласте имеются плотные образования - пиреноиды .

Продукты фотосинтеза, в данный момент излишние, сохраняются в форме различных запасных веществ: крахмала , гликогена , других полисахаридов , липидов . Запасание липидов больше свойственно морским формам (особенно планктонным диатомовым, которые за счёт масла держатся на плаву со своим тяжёлым панцирем), а запасание полисахаридов (включая крахмал и гликоген) больше свойственно пресноводным.

Клетки водорослей (за исключением амёбоидного типа) покрыты клеточной стенкой и/или клеточной оболочкой. Стенка находится снаружи мембраны клетки, обычно содержит структурный компонент (например, целлюлозу) и аморфный матрикс (например, пектиновые или агаровые вещества); также в ней могут быть дополнительные слои (например, спорополлениновый слой у хлореллы). Клеточная оболочка представляет собой или внешний кремнийорганический панцирь (у диатомей и некоторых других охрофитовых), или уплотнённый верхний слой цитоплазмы (плазмалемму), в котором могут быть дополнительные структуры, например, пузырьки, пустые или с целлюлозными пластинками (своеобразный панцирь, тека , у динофлагеллятов). Если клеточная оболочка пластичная, клетка может быть способна к так называемому метаболическому движению - скольжению за счёт небольшого изменения формы тела.

4. Экологические группы водорослей

5. Роль водорослей в природе и жизни человека

Роль в биогеоценозах

Водоросли - главные производители органических веществ в водной среде. Около 80 % всех органических веществ, ежегодно создающихся на земле, приходится на долю водорослей и других водных растений. Водоросли прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных. Известны горные породы (диатомиты, горючие сланцы, часть известняков), возникшие в результате жизнедеятельности водорослей в прошлые геологические эпохи. Водоросли участвуют в образовании лечебных грязей.

Пищевое применение

Рис. 7. Заросли ламинарии или морской капусты Некоторые, в основном морские, употребляются в пищу (морская капуста ( ), порфира, ульва). В приморских районах водоросли идут на корм скоту и удобрение. В ряде стран водоросли культивируют для получения большого количества биомассы, идущей на корм скоту и используемой в пищевой промышленности.

Съедобные водоросли - богаты минеральными веществами, особенно йодом, продукт - используется в восточноазиатских кухнях. Одно из самых популярных блюд с водорослями - суши.

Водоочистка

Многие водоросли - важный компонент процесса биологической очистки сточных вод. Если любые из них поместить в реку или в любую другую воду, то в скором времени она станет чистейшей.

Биотестирование

Водоросли являются одним из наиболее широко применяемых биообъектов при биотестировании химических веществ и образцов природных и загрязненных вод.

В фармацевтической промышленности

Из водорослей получают: студне- и слизеобразующие вещества - агар-агар (анфельция, гелидиум), агароиды (филлофора, грацилярия), карраген (хондрус, гигартина, фурцелярия), альгинаты (ламинариевые и фукусовые), кормовую муку, содержащую микроэлементы и иод.

Химическая промышленность

Рис. 8. Хлорелла Человек использует морские водоросли в химической промышленности. Из них получают калийные соли, целлюлозу, спирт, уксусную кислоту.

Биотопливо

Из-за высокой скорости размножения водоросли нашли применение для получения биомассы на топливо.

В исследовательских работах

Водоросли широко применяют в экспериментальных исследованиях для решения проблем фотосинтеза и выяснения роли ядра и других компонентов клетки.

Экодом

Предпринимаются попытки использовать некоторые быстро размножающиеся и неприхотливые водоросли (например, хлореллу ( ), которая быстро и в большом количестве синтезирует белки, жиры, углеводы, витамины и достаточно полно поглощает вещества, выделяемые человеком и животными) для создания круговорота веществ в обитаемых отсеках космического корабля.

Благодаря широкому распространению в природе водоросли имеют большое значение в отдельных биогеоценозах, в круговороте веществ, прежде всего круговороте кальция и кремния, а также в хозяйственной деятельности человека.

Водоросли являются в основном обитателями водной среды и поэтому служат главными поставщиками кислорода и органического вещества в Мировом океане, где они ежегодно создают около 500 млрд т биомассы. Урожайность водорослей Мирового океана составляет 1,3 -2,0 т сухого вещества на 1 га поверхности воды за год.

В Мировом океане водоросли представляют начальное звено в пищевой цепи различных гидробионтов, особенно рыб. В пресноводных олиготрофных водоемах для большего развития фитопланктона применяют минеральные и органические удобрения. Однако чрезмерное изобилие одноклеточных в водоемах отрицательно сказывается на качестве воды: она приобретает неприятный вкус и запах. Избыток разлагающихся водорослей часто губительно действует на все живое в водоемах. Обилие же синезеленых и золотистых водорослей вызывает "цветение" воды, которое может повлечь заморы рыб и отмирание высших растений водоема.

Водоросли-обрастатели создают трудности в водоснабжении, эксплуатации водного транспорта и других гидросооружений.

Многие водоросли (вольвоксовые, эвгленовые, желто-зеленые, пирофитовые, диатомеи) вместе с гетеротрофными организмами представляют собой биофильтры, очищающие сточные и загрязненные воды. Многие виды служат индикаторами биологического загрязнения и засоления.

Не все водоросли становятся пищей гетеротрофных организмов, часть их отмирает и выпадает в осадок, входит в состав детрита, который служит пищей для бактерий, грибов, актиномицетов, которые окончательно разрушают органическое вещество. Диатомовому планктону принадлежит основная роль в осадконакоплении. Диатомовые, зеленые, золотистые водоросли формируют илы, сапропели и некоторые осадочные горные породы (например, диатомит).

Почвенные водоросли (особенно азотофиксирующие) повышают плодородие почв, многие водоросли осваивают скалы, песчаники, участвуют в создании первичного гумуса, на котором могут поселяться другие растительные организмы. Вместе с грибами и лишайниками водоросли - пионеры растительности.

Кроме того, водоросли являются биоиндикаторами терриконов и других свежеобнаженных грунтов, их токсичности.

Красные и бурые водоросли представляют пищевую и сельскохозяйственную ценность. Водоросли, используемые в пишу, не только питательны, они богаты витаминами и солями йода, брома. Так, ламинарию сахарную и другие ее виды назначают при склерозе, расстройстве деятельности щитовидной железы и как слабое слабительное средство. Ламинария обладает также антисептическими свойствами: тампоны из черешков ламинарии успешно используют при лечении ран, ее также применяют в гинекологической практике. Среди пресноводных водорослей в пищу используют синезеленую водоросль спирулину - Spirulina platensis , нити которой скручены в правильную спираль (рис. 165), и др. Виды спирулины, например S. maxima , содержат много протеинов (60-70 % от сухой массы) и в настоящее время эту водоросль культивируют и используют в качестве лечебной пищевой добавки. В приморских странах создаются акватории для культивирования ценных водорослей.

Морские водоросли служат сырьем для получения различных веществ. Так, при переработке красных и бурых водорослей получают агар-агар и альгин, используемые в микробиологической, фармацевтической, пищевой, бумажной и текстильной промышленности. Агар получают из красной водоросли анфельции; альгин и альгинаты извлекают из бурых водорослей. Альгин и альгинаты обладают клеящими свойствами, их добавляют в пищевые продукты, при изготовлении таблеток, используют при выделке кож, при производстве бумаги и тканей, синтетических волокон, пластмасс, строительных материалов, из альгинатов делают растворимые нити, применяющиеся в хирургии.

Морские водоросли употребляют в качестве удобрений и на корм скоту. Так, во Франции еще в 70-е годы XX в. фермеры приморских местностей использовали бурые водоросли на корм скоту и пришли к выводу, что удои молока у опытных животных увеличивались на 40%.

Не забыты и микроскопические водоросли. Биомасса многих из них применяется как дополнительный источник белка и витаминов, для очищения воздуха в закрытых экосистемах (космических кораблях и др.).

Водоросли - планктонные и бентосные, наземные и почвенные - играют большое значение в природе и жизни человека. Вместе с другими водными растениями они вырабатывают около 80% всей массы органических веществ, образующихся на Земле. Среди них наиболее продуктивны планктонные благодаря своей способности быстро размножаться.

Наземные водоросли часто выступают в роли пионеров растительности, поселяясь на бесплодных участках суши: скалах и песках. В симбиозе с грибами водоросли образуют своеобразные организмы - лишайники.

Водоросли - одни из древнейших организмов, населяющих нашу планету. От них произошли наземные растения. Обогатив атмосферу кислородом, они обусловили возможность существования разнообразного мира животных и способствовали развитию аэробных бактерий.

Благодаря деятельности водорослей в атмосфере появился озоновый экран, защищающий Землю от радиационного излучения. Органические вещества, создаваемые водорослями в процессе фотосинтеза, стали пищей бактерий и животных, в частности, рыб.

Водоросли принимают участие в круговороте веществ в природе, в улучшении газового режима водоемов и в образовании отложений сапропеля (органического ила).

Заросли крупных водорослей служат для укрытия и размножения многих прибрежных животных и мелких водорослей.

Из водорослей образовались мощные толщи горных пород:

• В меловых породах 95% обломков оболочек некоторых золотистых водорослей;
• диатомиты на 50-80% состоят из панцирей диатомовых водорослей.

Значительная роль водорослей в формировании рифов в морях и океанах. Так, в рифах островов Фиджи в Тихом океане водорослей почти в 3 раза больше, чем кораллов.

Значение водорослей в жизни человека

Водоросли находят широкое применение в жизни человека. Многие из них человек издавна использовал в пищу (ламинария, порфира), на корм скоту, в качестве удобрений.

Диатомиты находят применение в пищевой, химической, фармацевтической промышленностях, строительстве.

Бурые водоросли являются сырьем для получения альгинатов (солей альгиновой кислоты), которые применяются в самых различных отраслях. Так, альгинат натрия дает клей, который используется в текстильном производстве, для проклеивания бумаги, скрепления цемента. Пленки из альгината натрия, нанесенные на бетонные сооружения, металлы, станки, древесину, защищают их от коррозии, гниения, разрушения.

Из красных водорослей (филофора) получают агар, используемый в микробиологии и кондитерской промышленности. Из зеленых (кладофора, ризоклониум) делают бумагу.

Некоторые виды водорослей обладают целебными свойствами и применяются в медицине (ламинарии, лечебные грязи с синезелеными водорослями, получение йода).

Многие водоросли являются биоиндикаторами при санитарно-биологической оценке вод либо выполняют функцию активных санитаров загрязненных водоемов.

В ряде стран водоросли выращивают в искусственных водоемах для индустриального производства органического вещества.

Вместе с тем водоросли могут играть и отрицательную роль. Так, при массовом размножении в водоемах они вызывают «цветение» воды, приводя ее в негодность, загрязняют насосные станции и водопроводы, некоторые виды обрастают днища судов, буи, ухудшая их эксплуатацию.

Водоросли представляют собой весьма обширную и неоднородную группу низших растений. Кроме того, они самые многочисленные на планете фотосинтезирующие организмы, которые весьма важны для нашей природы. Встретить водоросли можно повсюду. Обитают эти организмы в океанах, пресных водоемах и морях, а также на древесной коре и влажной почве.

Классификация

На сегодняшний день наука систематизировала более ста тысяч различных видов водорослей. Они, в свою очередь, подразделяются на десять групп в зависимости от характера окраски:

Сине-зеленые;

Золотистые;

Пирофитовые;

Желто-зеленые;

Диатомовые;

Красные;

Зеленые;

Эвгленовые;

Харовые.

Значение в биогеоценозах

Водоросли в водной среде являются основными производителями органических веществ. Они не только прямо, но и косвенно служат основным источником питания всех Известны некоторые горные породы (горючие сланцы, диатомиты и известняки), которые появились в прошлых геологических этапах в результате жизненного цикла этих фотосинтезирующих организмов.

Роль в природе

Для жизни на нашей планете морские растения являются просто необходимыми. Прежде всего, значение водорослей в природе обусловлено тем, что они являются пищей для многих организмов. Этими растениями питаются ракообразные и моллюски, рыбы и т.д.

Велико значение водорослей в природе и в качестве источника образования кислорода. На их долю приходится от тридцати до пятидесяти процентов этого ценного вещества, которое выделяется растительным миром нашей планеты.

Так же, как и наземная флора, избавляют атмосферу от проблемы избыточного объема углекислого газа. Порой их становится так много, что вода приобретает разнообразные цвета.

Водоросли великолепно адаптируются к самым различным условиям. Эти растения могут жить в дождевой воде, где количество солей минимально. Средой их обитания становятся и скалистые раскаленные поверхности, и водоемы высокогорных ледников. Обнаружить водоросли можно и в верхних почвенных слоях, куда с трудом проникает солнечный свет. Эти растения способны заселить безжизненные скалистые и почвенные субстраты. Значение водорослей в природе таких зон крайне велико. Эти уникальные растения создают условия для того, чтобы почвы были плодородными.

Значение водорослей в природе велико и для осуществления круговорота веществ. В первую очередь ими питаются ракообразные, которых позже поедают рыбы.

Красные водоросли

Практически все представители этих растений обитают в морях. Красные водоросли обладают значительной длиной, которая может достигать двух метров. Помимо хлорофилла у представителей этих видов морских растений в клеточках содержатся разнообразные пигменты. Их цвет и влияет на окраску самих водорослей. Как правило, пигменты у таких водорослей красные. Однако возможны розовые, синеватые и другие цвета.

Которые называют еще и багрянками, обладают хрупким и нежным телом. Окраска данных растений, от ярко-красного до практически черного, придает подводному царству несравненную красоту.

Практическое применение

Значение красных водорослей для человека весьма велико. Одну из разновидностей этих растений - хондрус, которая обитает в Северном море, - используют в качестве лекарства для излечения заболеваний дыхательных путей. Из красных водорослей добывается агар-агар, применяемый в кондитерском деле. Багрянки необходимы и микробиологам. В лабораторных условиях их используют для того, чтобы получить микробов.

Бурые водоросли

Этот вид для прибрежных зон является одним из самых основных источников получения органических веществ. Особенно это характерно для морей приполярных и умеренных поясов. В этих районах биомасса водорослей на один квадратный метр может достигать нескольких десятков килограмм.

Настоящие заросли образуют бурые водоросли. Значение этих «морских лесов» очень велико. Они являются не только укрытием, но и местом питания, а также размножения многих прибрежных животных. Помимо этого, бурые водоросли создают великолепные условия для того, чтобы в зоне их распространения размножались другие микро- и макроскопические водоросли.

Удивительные растения являются единственным в мире источником производства солей альгиновой кислоты - альгинатов. Это вещество способно впитать в себя до трехсот весовых единиц жидкости, в результате чего будет получен вязкий раствор. Эта способность позволяет использовать бурые водоросли в пищевой промышленности. Альгинаты, получаемые из них, добавляют в мороженое, консервы и фруктовые соки. К тому же данное вещество повышает при печатании качество книг, а также служит для придания стойкости цвета окрашиваемым тканям.

Альгинаты, производимые из бурых водорослей, нужны при производстве синтетических волокон и пластмасс. Они придают строительным материалам и лакокрасочным покрытиям стойкость к атмосферным воздействиям. Находят применение альгинаты и в качестве сырья при производстве высококачественных смазочных материалов для машин, растворимых хирургических нитей, паст и мазей в парфюмерной и фармацевтической промышленности. Издавна бурые водоросли употребляются в пищу. Особенно они почитаются в кулинарии народов Азиатских стран.

Зеленые водоросли

Этот вид водных растений имеет широкое распространение по всей нашей планете. Большинство зеленых водорослей встречается в пресных водоемах, но существует и немалое количество их морских форм. Есть такие виды этих растений, которые приспособились к наземному обитанию и к жизни в слоях почвы. Встретить зеленые водоросли можно и на скалах, на коре деревьев, а также на различных постройках. Обширные зоны развития этих растений способствуют «цветению» воды, снега, почвы, а также коры деревьев.

Велико значение зеленых водорослей в природе. Прежде всего это источник кислорода. Немаловажна роль этих растений и в очистке водоемов. Значение водорослей зеленого цвета сложно переоценить. Они перерабатывают углекислоту и которые растворены в воде, а также принимают участие в процессе синтеза органических веществ.

В настоящее время из этих представителей водной флоры получают различные питательные продукты. Используют их и в медицинских целях. Из зеленых водорослей выделяют особое вещество - хлореллин, который подавляет распространение в организме целого ряда патогенных бактерий. Не обошла вниманием эти растения и народная медицина. Зеленые типа применяются в болеутоляющих компрессах.