Спирогира

Строение

Тело спирогиры — неветвящаяся нить, состоящая из одного ряда цилиндрических клеток. Оболочкой каждой клетки является , покрытая снаружи слизью. Большую часть клетки занимает с клеточным соком. На цитоплазматических тяжах, проходящих через вакуоль, подвешено одно ядро. Оно крупное и округлое. В каждой клетке имеется по одному и более спирально закрученных , напоминающих ленты, расположенные в пристеночном слое цитоплазмы. Вследствие большой величины клеток спирогиры, достигающей у некоторых её видов 0,01 мм, а также вследствие простоты их строения, эта водоросль является одной из наиболее изученных и служит классическим объектом при изучении анатомии клетки водоросли.

Вода с токсинами

В то же время, по словам Ольги Белых, специалисты ее лаборатории зафиксировали в водах Байкала тенденцию к увеличению количества цветущих микроорганизмов, выделяющих цианотоксины. В больших количествах выделяемый ими яд представлять опасность — причем не только для обитателей водоемов или животных, которые приходят к нему на водопой, но и для людей.

spyro1

Нити спирогиры под микроскопом

Фото: Global Look Press/NaturimBild/A. Wellmann

— Они выделяют два вида токсинов. Те, которые с нейротропным действием, поражают нервную систему, а гепатотоксины поражают печень и вызывают отравления, — рассказала микробиолог.  

Именно исследованием этих бактерий занимается лаборатория, в которой работает Ольга Белых. Пока, пояснила она, нормы концентрации таких токсинов, установленные ВОЗ, в Байкале не превышены. Но количество их продолжает увеличиваться. К тому же в основном это происходит в прибрежных зонах и на мелководье. В районах, популярных у туристов.

— Есть места активного посещения туристов, на Малом море. Это довольно мелководный большой пролив с большим количество бухточек. Там глубина пять метров, и они прогреваются до 21–25 градусов летом. Вот в этих районах наблюдается бурное развитие цианобактерий в водной толще, — отметила эксперт.

Это уже должно было заставить государственные органы насторожиться, но пока, заметила она, «никто не насторожился».

Значение в экосистемах и жизни человека

Строение спирогиры делает ее главным объектом в лабораторных исследованиях, поскольку она имеет довольно крупные клетки, которые достигают 0,01 мм в диаметре. Данная водоросль образует густые заросли во многих водоемах. Такая биомасса способна выделить достаточно большое количество кислорода. Но это свойство имеет и отрицательное значение, поскольку приводит к процессам заболачивания, гниения и цветения воды. В результате многие животные могут просто погибнуть. Наверняка слова из детской песенки «затянуло бурой тиной гладь старинного пруда» посвящены именно зеленым нитчатым скоплениям спирогиры. Однако за счет нее выживает большое количество водных обитателей, а биомасса, которую она способна образовать, в несколько раз превышает подобные показатели у наземных растений.

Спирогира является типичным представителем группы Низших растений, а именно — отдела Зеленые водоросли. Она выступает неотъемлемой частью экосистем практически всех пресных водоемов, источником органических веществ и кислорода.

Среда обитания и биологические особенности

Несмотря на то, что спирогира представляет организмы очень близкие к высшим растениям, она отличается простейшим строением и примитивной жизнедеятельностью. Из-за большого скопления тончайших нитей на водоемах образуются напоминающие вату комки, которые могут покрывать абсолютно всю поверхность воды. Чаще всего водоросль можно заметить на заиленных канавах и прудах, в болотах, реках. При отсутствии правильного ухода и регулярной чистки спирогира появляется и в бассейнах.

Места, где обитает спирогира, не ограничиваются естественными водоемами. Владельцы домашних аквариумов нередко встречаются с этим представителем водорослей и не знают, как с ней бороться. Причиной ее появления и активного распространения является загрязнение воды органическими компонентами (мертвые рыбки, избыточное количество корма), а также нерегулярная подмена воды и забитые системы фильтрации. Спирогира обитает и в хорошо освещенных условиях, поэтому избыток света способствует ее возникновению в аквариумах.

Одной из наиболее интересных характеристик спирогиры является ее строение. Таллом представляет собой неветвящуюся нить, образованную множеством цилиндрических клеток одинаковых по размеру. Длина одной клетки составляет около 0,01 мм, а ширина одной нити может колебаться в диапазоне 5−200 мкм. Такие размеры позволили специалистам провести изучение этого вида более подробно, чем других водорослей, и составить их описание.

Стенки клеток образованы углеводами, что делает спирогиру схожей с высшими растениями по строению. Каждая из них покрыта оболочкой из целлюлозы со слоем слизи. Внутриклеточное пространство заполнено соком, в нем же находится ядро и хлоропласты. Особенности строения обуславливают и механизм питания: исключительно с помощью фотосинтеза. Этот вид обитателей пресных водоемов не может питаться полезными веществами из почвы или воды.

Чистый антропоген

Однако в данном случае, считает Ольга Белых, винить нужно не техногенный фактор, а человека. Точнее, развитие туристической инфраструктуры, которое значительно отстает от резкого роста турпотока в этот регион.

— Это чистый антропоген, связанный с жизнедеятельностью людей как биологических существ. Специалисты, которые занимаются спирогирой, взяли пробу на участке в районе Больших котов — туда ходит водный транспорт из Иркутска, легко добраться. И обнаружили, что в основном источник загрязнения — это, извините, фекальные воды. Ведь туристов становится всё больше, к тем, кто приезжал раньше, добавляются иностранцы, а каких-то организованных туалетов вместе с очистными сооружениями, их просто нет, — подчеркнула Ольга Белых.

spyro4

Волонтеры во время уборки мусора на берегу озера Байкал

Фото: ТАСС/Владимир Байкальский

Критических значений уровень загрязнения на данный момент не достиг. Но как говорит микробиолог, пить воду из Байкала она больше не рекомендует.

Ранее портал iz.ru уже писал, что рост числа гостей, в том числе из расположенного относительно неподалеку Китая, не подкрепленный поступлениями в бюджет, уже вызвал резкое недовольство местных жителей, а ученые объявили, что большое количество туристов привело к изменениям во флоре и фауне Байкала. Злополучная спирогира, вероятнее всего, только пополнит эту статистику.

Правда, кого-то она может и отпугнуть. Как объясняют ученые, биомасса спирогиры на Байкале увеличивается по мере захвата новых территорий. Потом водоросль отмирает и становится источником зловония. К которому, конечно, не привыкли ни местные жители, ни те, кто успел побывать на Байкале хоть раз до начала распространения спирогиры.

Лучше не стало

Спирогира — нитевидная водоросль, чаще всего встречающаяся на болотах. Еще в начале 2010-х годов ученые заявили о том, что ее стали всё чаще обнаруживать в водах Байкала, крупнейшего пресноводного водоема в мире, вода которого всегда славилась своей чистотой.

В небольших количествах, в мелководных и теплых бухтах спирогира встречалась там и ранее, ее присутствие в таких количествах считалось нормальным. Но затем она стала претендовать на новые территории, угрожая, таким образом, сложившейся экосистеме озера.

Специалисты Всероссийского центра мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций МЧС России, известного как центр «Антистихия», в пятницу, 13 апреля, сообщили, что водоросль заняла больше половины побережья озера. Об этом со ссылкой на предоставленный ими документ, сообщили «РИА Новости».

spyro3

Берег Байкала

Фото: Global Look Press/Konstantin Mikhailov

В то же время директор Лимнологического института Сибирского отделения РАН — учреждение исследует воды Байкала с 1928 года — заявил ТАСС, что не представляет, как в «Антистихии» могли собрать соответствующие данные.

— Данными о том, что спирогира захватила более половины побережья Байкала, мы не располагаем. И ими не может располагать никто в принципе: оценить, какой процент побережья она охватывает, невозможно чисто технически. Для этого по всему побережью нужно пустить водолазов, которые везде будут отбирать пробы. Никакие другие исследования реальной картины дать не могут, — приводит его слова агентство.

При этом ученый согласился с тем, что проблема распространения водоросли действительно существует, и в последние годы с этим «лучше точно не стало». 

— Эта водоросль развивается только в прибрежной зоне, на небольшой глубине, а прибрежная зона занимает только 7% от всей площади Байкала. Непосредственных причин для паники нет, но беспокоит тенденция к увеличению. Спирогира распространяется по всей прибрежной зоне, захватывает новые территории по периметру озера, — рассказала порталу iz.ru доцент Лимнологического института СО РАН, кандидат биологических наук Ольга Белых.

Способы борьбы

Быстрое разрастание некоторых видов водорослей создает немало хлопот владельцам бассейнов, комнатных аквариумов или искусственных водоемов на собственном участке. Появление спирогиры может спровоцировать гниение в воде, и поэтому с ней рекомендуют бороться всеми возможными способами. Химические препараты против нее не действуют, поэтому гораздо проще предотвратить загрязнение воды и появление этого вида водорослей, чем потом заниматься ее выведением. Наиболее эффективными методами выведения зеленой массы являются:

1. Распространение экосреды — способ, предполагающий снижение интенсивности освещения, высадку кустарников и деревьев с густыми кронами, способных создать тень над водоемом. Кроме того, в воду нужно запустить те виды рыб, рационом для которых будет именно спирогира (белый амур), но которые не будут конфликтовать с другими обитателями
2. Очищение — ручное или механизированное. Метод достаточно кропотливый, но не сложный. Чистка должна осуществляться раз в 3−4 дня, но собрать удается крупные нити, а мелкие остаются в воде и продолжают разрастаться.
3. Обработка специальными средствами — не самый эффективный способ и не рекомендуемый с точки зрения экологии окружающей среды. Использование химикатов способно убить не только часть водорослей, но и рыб, и другие растения. Применение химикатов рекомендовано только в случае очистки декоративных прудов без обитателей.

Чтобы вывести спирогиру из аквариума и не допустить ее возникновения, рекомендуется соблюдать световой режим, при необходимости уменьшая интенсивность освещения. Кроме того, можно запустить мелких креветок, рацион которых состоит из водорослей. Хороший эффект дают ультрафиолетовые лампы, которыми рекомендуется обрабатывать воду 1−2 раза в неделю.

(Visited 18 times, 1 visits today)

Питание

Строение спирогиры обусловливает и тип ее питания, поскольку клетки водоросли содержат зеленые пластиды хлоропласты, способные осуществлять процесс фотосинтеза. Его суть заключается в образовании органических веществ из неорганических за счет энергии солнечного излучения. Такой тип питания называется автотрофным.

Полученную глюкозу водоросли используют для осуществления процессов жизнедеятельности и роста организма. А выделяемый кислород требуется всем живым организмам для дыхания — необходимого условия существования на планете. Источником веществ, необходимых для фотосинтеза, а именно воды и углекислого газа, является непосредственно среда их обитания.

Почему спирогира

Отчего же массовым развитием на биогенное перенасыщение литорали Байкала откликнулась именно загадочная спирогира, а, например, не печально известная кладофора гломерата? Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо изучение этих водорослей, в частности, их жизненных циклов и особенностей развития как в естественной среде обитания на основе регулярных сезонных полевых исследований, так и в лабораторных условиях с учетом многих факторов. Так, например, в случае «цветения» прибрежной зоны Великих Американских озер было выявлено, что резкая замена доминантов – улотрикса зонаты (Ulothrix zonata Kütz.) кладофорой гломератой – и чрезмерное развитие последней происходит, в частности, из-за массового бесполого размножения улотрикса, инициируемого повышением температуры воды в летний период (Graham et al., 1985). Опустошенные после выхода зооспор нити улотрикса отмирают, предоставляя «вакантное» место для других водорослей. Далее «на сцену выходит» кладофора гломерата, для которой действующий температурный режим, наличие свободного каменистого субстрата и поступающее биогенное «питание» с суши являются благоприятными условиями для успешного развития. Интересно то, что улотрикс возвращается, когда осенью температура становится ниже 10° С, теперь уже замещая кладофору. То есть особенности биологии отдельных видов в совокупности с абиотическими факторами в условиях повышенной биогенной нагрузки во многом ответственны за специфическую перестройку прибрежных донных сообществ в Великих Американских озерах.

Многоклеточные нитчатые зеленые водоросли

В проточных водоемах часто можно заметить ярко-зеленые скопления шелковистых нитей, прикрепленных к подводным камням и корягам. Это—многоклеточная нитчатая зеленая водоросль улотрикс 168 .

Его нити состоят из ряда коротких клеток; в цитоплазме каждой из них расположены ядро и хроматофор в виде незамкнутого кольца. клетки делятся, и нить растет.

Питается улотрикс так же, как и хламидомонада.

В благоприятное для жизни водоросли время каждая клетка, кроме той, с помощью которой нить прикрепляется, может разделиться на 2 или 4 подвижные клетки со жгутиками — зооспоры. Они выходят в воду, плавают, затем прикрепляются к какому-либо подводному предмету и делятся. Так образуются новые нити водоросли.

Так происходит оплодотворение. Обычно сливаются гаметы, возникшие в клетках разных нитей. Образуется зигота. Она покрывается толстой оболочкой и может долго находиться в состоянии покоя. При благоприятных условиях зигота делится на 4 клетки-споры. Каждая из них, опустившись на подводный предмет, может дать начало новой нитчатой водоросли улотриксу.

В стоячих или медленно текущих водах часто плавают или оседают на дно скользкие ярко-зеленые комки. Они похожи на вату и образованы скоплениями нитчатой водоросли спирогиры. Вытянутые цилиндрические клетки покрыты слизью. Внутри клеток — хроматофоры в виде спирально закрученных лент 169 .

Значение зеленых водорослей в природе велико. Образуя органические вещества, зеленые водоросли поглощают из воды углекислый газ и, как все зеленые растения , выделяют кислород, которым дышат живые организмы, обитающие в воде. Кроме того, зеленые водоросли, особенно одноклеточные и нитчатые, служат кормом для рыб и других животных.

Морские бурые и красные водоросли Особенно многочисленны в морях и океанах бурые и красные водоросли. «Живыми преградами» называют моряки заросли гигантских бурых водорослей — своеобразные подводные леса и луга. Такие водоросли могут задержать катер, замедлить движение более крупного судна, помешать посадке гидросамолета.

В наших дальневосточных морях и морях Северного Ледовитого океана растет крупная бурая многоклеточная водоросль ламинария 170.

Ее тело, или слоевище, прикрепляется к камням или подводным скалам корнеобразными выростами — ризоидами (от греческих слов «риза» — корень, «идос» — вид).

От ризоидов вверх отходит неширокая цилиндрическая часть длиной до 50 см — стволик. На стволике развивается рассеченная или цельная листовидная пластина длиной до 5,5 м.

Массивные, иногда сложно расчлененные слоевища других бурых водорослей тянутся под водой на десятки метров, напоминая гигантских змей. Такие гигантские водоросли обитают вдоль тихоокеанских берегов Южной и Северной Америки. Растут они также у берегов Аргентины, у западного берега Южной Африки, у берегов Аляски, Алеутских, Командорских и Курильских островов.

Красные водоросли обитают обычно на большей глубине 170 . Окраска их способствует поглощению тех солнечных лучей, которые проникают на глубину до 100 м.

Слоевища некоторых крупных морских водорослей бывают расчленены на участки, похожие на стебли и листья цветковых растений . Но водоросли не имеют корней, стеблей, листьев, цветков, плодов и семян. Размножение большинства морских бурых и красных водорослей происходит спорами.

При этом в воду выделяется кислород, а из воды поглощается углекислый газ. В теле водоросли образуются органические вещества: сахар, крахмал , жиры, белки .

В хроматофорах клеток, кроме хлорофилла, содержатся оранжевые, желтые, бурые и красные пигменты. Они определяют окраску водорослей.

Человек использует морские водоросли в химической промышленности. Из них получают иод, калийные соли, целлюлозу, спирт, уксусную кислоту. Кроме того, морские водоросли употребляют на корм скоту, используют как удобрения .

Народы приморских стран, например Японии, используют водоросли для приготовления разнообразных блюд. Особенно часто употребляют в пищу ламинарию, или, как ее еще называют, морскую капусту.

Как человек использует морские водоросли?

Строение клетки спирогиры

Данный представитель зеленых водорослей является многоклеточным организмом. Строение спирогиры (рисунок выше демонстрирует основные структуры) представлено длинной нитчатой структурой. Хлоропласты данной водоросли имеют вид лент, которые спирально закручиваются. Эта черта и определяет название описываемых организмов. Клетки также удлиненные, имеют цилиндрическую форму. Они соединяются при помощи пор в оболочках, через которые и осуществляется процесс обмена веществ.

Подобно всем растительным клеткам, их большую часть занимают вакуоли, представляющие собой резервуары, заполненные водой с растворенными питательными веществами. Оболочки пропитаны углеводом целлюлозой, придающей им прочность и жесткость.

Водоросль спирогира, как и все растения, является эукариотическим организмом. Это значит, что ее клетки содержат ядро. В органелле находится генетический материал, заключенный в молекулах ДНК.

Размножение

Для этой зеленой водоросли преобладающим является вегетативное размножение частями таллома. Многочисленные нити разрываются на части, каждая из которых дает начало новому организму. Это обусловливает интенсивность и высокую продуктивность данного процесса. Однако строение спирогиры делает возможным и половой процесс. Он осуществляется в форме конъюгации. При этом нити водорослей переплетаются между собой, между ними возникает специализированное образование — копуляционный канал. По нему внутреннее содержимое одной клетки, содержащей генетический материал, перетекает в другую. В результате возникает уплотненное образование — зигоспора. В таком состоянии водоросль переносит неблагоприятные условия, а весной из нее прорастает молодая нитчатая особь.

Половой процесс делает возможным возникновение новых свойств организма, что является важным условием для адаптации растений к постоянно изменяющимся условиям окружающей среды.

Пища для толстолобика и материал для удобрений

Эффективно решить проблему с засильем водорослей, говорят специалисты, в любом случае можно лишь после совершенствования водоочистных сооружений. Это, в свою очередь, требует от регионов существенных финансовых вложений.

В 2011 году в стране была принята федеральная целевая программа по развитию водохозяйственного комплекса в стране на срок до 2020 года. Всего на нее (в том числе и на совершенствование системы очистки сточных вод) за это время должны потратить около полутриллиона рублей. Отдельной строкой в программе проходит охрана озера Байкал и «экономическое развитие Байкальской природной территории». Но пока, судя по всему, ситуация с ними по-прежнему не решена даже там.

Скорее всего, проблема стоит намного шире — просто часть небольших водоемов, менее прославленных, чем Волга или Байкал, водоросли «осваивают», не привлекая к себе такого внимания журналистов. И если угрожать человеку выделенные ими цианотоксины будут только при очень высокой концентрации, вредить тем же рыбам они начнут намного раньше.

spyro5

Толстолобик питается сине-зелеными водорослями

Фото: Global Look Press/imagebroker/Christian Guy

В сезон цветения бороться с захватчиками практически невозможно — в воды Волгоградского водохранилища как-то даже предлагали в промышленных количествах вылить перекись водорода, чтобы заставить водоросли опуститься на дно, но в конце концов от этой идеи отказались. Пока специалисты пришли к выводу, что в ожидании улучшения экологической обстановки есть лишь два относительно эффективных и экономичных способов противостоять нежелательным гостям.

Например, с сине-зелеными водорослями предлагают бороться заселением в водоемы их природного конкурента, зеленой водоросли хлореллы, безопасной для человека.  

В 2016 году главный ихтиолог ФГБУ «Нижневолжрыбвод» Сергей Яковлев также предложил запустить в водохранилища толстолобиков — породу рыб, которая сине-зелеными водорослями питается. Правда, специалисты сразу подсчитали, что справиться с противником толстолобик сможет, только если в воду ежегодно выпускать около 20 млн мальков.

Зато в Тольятти не первый год предлагают поставить эти водоросли, коль скоро они есть, на службу человеку — там разработали проект по производству на их основе удобрений. В 2018 году проект представили главе Минэкономразвития Максиму Орешкину во время выставки в тольяттинском бизнес-инкубаторе. То есть наступления ядовитых водорослей там, как и на Байкале, ждут и в этом году.

Варианты размножения

Особенностью размножения спирогир является то, что они никогда не производит споры. Ученые выделяют два способа образования новых клеток и нитей в цикле развития спирогиры:

• вегетативный — водоросль размножается в результате случайного повреждения и разрыва нити, распадающейся на отдельные отрезки, которые впоследствии образуют новую самостоятельную нить;
• половой — конъюгация происходит в тот момент, когда две нити, сходные по внешнему виду, приближаются близко друг к другу и размещаются параллельно; из боковых стенок появляются несколько копуляционных выростов, которые соединяются в единый канал.

В процессе конъюгации получается своеобразная лесенка. По образовавшемуся каналу из клетки в клетку переходит протопласт, формируя зиготу. При прорастании зиготы происходит деление ядра на четыре части. Три их них дегенерируют и отмирают, а из самой крупной, жизнеспособной, прорастает новая особь. Впоследствии из нее появляется полноценная нить.

Простая адаптация спирогиры к условиям обитания позволяет ей занимать места даже в комнатных аквариумах. Активно разрастаясь, она заполняет плотной слизкой массой бо́льшую часть пространства. Этим водоросль сильно мешает другим растениям, которые используются как корм или домики для рыб. Для мальков появление этого нежелательного обитателя и вовсе губительно, так как они быстро запутываются в густых нитях.

Спирогира очень сильно разрастается даже в аквариумах

Специалисты уверены, что положительные стороны распространения спирогиры в водоемах и аквариумах тоже есть. Их польза состоит в том, что они могут стать подходящим субстратом на период нереста для некоторых видов рыб. Плотность нитей позволяет надежно спрятать потомство от опасных хищников.

Водоросли помогают прятать потомство во время нереста некоторым видам рыб