Водоросли и их отличие от других растении (М. М. Голлербах)

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 неопределенностью. 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 водоемах, с научной точки зрения можно называть водорослями. С другой стороны, именно водоросли мы часто попросту не замечаем в водоемах, так как очень многие из них нелегко распознать невооруженным глазом.

Приглядываясь к различным водоемам, особенно к озерам и прудам, мы прежде всего замечаем благодаря величине и обилию семенные, или цветковые, растения. В каком-нибудь старом, запущенном пруду мы обязательно встретим тростник, камыш, рогоз, которые растут в воде у берегов, прикрепляясь корнями к дну пруда, а большую часть стебля с листьями и цветками выставляя над водой. Несколько далее от берега можно найти растения с плавающими на поверхности воды листьями и только слегка выступающими над водой цветками, например белые кувшинки или желтые кубышки. Нередко вся поверхность прудов бывает сплошь затянута плавающими мелкими зелеными пластинками ряски. Наконец, весьма многочисленны растения, целиком погруженные в воду, Некоторые из них прикреплены ко дну, как, например, большинство рдестов, водяная чума и уруть; другие с дном не связаны - таковы пузырчатка и роголистник. Все эти растения, как бы они ни отличались друг от друга, являются семенными, или цветковыми, хотя некоторые из них почти никогда не цветут и не образуют семян, размножаясь преимущественно вегетативно. К этим растениям научный термин "водоросли" неприменим, их называют водяными растениями.

Кроме семенных водяных растений, в водоемах можно встретить и представителей высших споровых растений - мхов и папоротнико-образных. Большинство мхов - влаголюбивые растения, но типично водяных, растущих погруженными в воду, среди них не так много. Один из наиболее известных - мох фонтиналис, образующий в воде прудов и рек обширные темно-зеленые дерновины из стеблей, покрытых крупными (до 8 мм) листьями. Из водяных папоротникообразных можно отметить растущий вблизи берегов водяной хвощ с характерными мутовками боковых веточек и плавающий на поверхности воды водяной папоротник сальвинию, встречающуюся у нас местами в средней полосе СССР, преимущественно в речных заводях. Сальвиния - маленькое изящное растение, оно имеет горизонтальный стебель с двумя рядами овальных плавающих листьев и отходящими книзу видоизмененными листьями, рассеченными на отростки, похожие на корни.

Наконец, продолжая наш обзор какого-нибудь водоема, мы можем заметить и настоящие водоросли. К ним относятся, например, крупные зеленые скопления так называемой тины, плавающей в летнее время вблизи от поверхности воды в прудах и затишливых местах рек и озер. Разнообразные зеленые и сине-зеленые пленки и войлочные или ватообразные наросты на камнях, бревнах и сваях также образованы водорослями. В летнее время вода в прудах часто бывает окрашена в зеленоватый цвет, и если зачерпнуть ее стаканом, то на просвет можно заметить в ней мельчайшие водоросли в форме плавающих точек, хлопьев или шариков. Здесь же нередко встречаются и более крупные водоросли, состоящие из хорошо заметных на глаз простых или ветвящихся нитей, или совсем крупные харовые водоросли, внешне похожие на хвощ, с характерными мутовками боковых побегов.

С другой стороны, значительное количество микроскопических водорослей, таких же, как в водоемах, произрастает и на суше: на поверхности почвы и в самой ее толще, на деревьях, камнях и т. п. Правда, жизнь этих водорослей тоже тесно связана с водой, однако они могут довольствоваться только атмосферной или грунтовой влагой, росой, брызгами водопадов или фонтанов и т. п. В отличие от "водных" водорослей эти "сухопутные" водоросли легко переносят высыхание и очень быстро оживают при малейшем увлажнении.

Чем же все эти растения, объединяемые понятием "водоросли", отличаются от других растений? Очевидно, научная характеристика водорослей должна учитывать не только среду их обитания, но и основные, общие для них морфологические и физиологические признаки.

В морфологическом отношении для водорослей наиболее существенным и действительно всеобъемлющим признаком является отсутствие, даже при весьма сложной внешней расчлененности тела, настоящих стеблей, листьев и корней, типичных для высших растений. Их тело обозначается как слоевище, слоевцо, или таллом. Иными словами, в царстве растений водоросли относятся к обширному подцарству низших, или слоевцовых, растений, куда входят также бактерии, актиномицеты, слизевики, грибы и лишайники. Как и все низшие растения, водоросли размножаются или вегетативно, или с помощью спор, т. е. относятся к споровым растениям (в отличие от семенных, или цветковых, растений). Однако в физиологическом отношении водоросли резко отличаются от остальных низших растений наличием хлорофилла, благодаря которому они способны ассимилировать на свету углекислый газ, т. е. питаться фототрофно. Правда, такой же способностью обладают и некоторые бактерии, имеющие зеленую окраску. Однако содержащийся в них пигмент хоть и близок к хлорофиллу, но не тождествен ему. С другой стороны, имеются водоросли, вполне типичные по строению, но бесцветные, вторично утратившие хлорофилл и тогда уже полностью питающиеся гетеротрофно. Кроме того, многим водорослям, обладающим хорошо развитым хлорофиллом, помимо фототрофного, могут быть свойственны и другие типы питания. Тем не менее, несмотря на все эти исключения, сочетание талломного (слоевцового) строения с наличием хлорофилла достаточно полно характеризует растительные организмы, объединяемые как водоросли.

Таким образом, исходя из сказанного, легко вывести точное научное определение водорослей. Водоросли - это низшие, т. е. слоевцовые (лишенные расчленения на стебель и листья), споровые растения, содержащие в своих клетках хлорофилл и живущие преимущественно в воде. Такое определение, однако, не дает представления о том огромном разнообразии в строении тела, которое свойственно водорослям. Здесь мы встречаемся и с микроскопическими организмами - одноклеточными, колониальными и многоклеточными, и с крупными формами различного строения. Большого многообразия достигают здесь также способы размножения и строение органов размножения. Даже по окраске водоросли неодинаковы, так как одни содержат только хлорофилл, другие - еще ряд дополнительных пигментов, окрашивающих их в различные цвета.

Точный учет всех особенностей в строении, размножении и развитии водорослей привел современную науку к убеждению, что ныне живущие водоросли не представляют собой монолитной группы организмов, объединенных единством строения и происхождения. В настоящее время общепризнано, что водоросли представляют собой совокупность нескольких обособленных отделов (типов) растений, самостоятельных по своему происхождению и эволюции. Каждый из них в систематическом отношении равноценен таким отделам низших растений, как, например, бактерии или грибы.

Таким образом, термин "водоросли", столь обычный еще в науке и в общежитии, имеет исключительно биологический смысл, как объединение низших хлорофиллоносных растений, живущих преимущественно в воде.

Разделение водорослей на систематические группы (таксоны) высшего ранга - отделы (Divisio, Phylum) - в основном совпадает с характером их окраски, связанной, конечно, с особенностями строения. Однако относительно количества и объема этих отделов в научной литературе нет единства взглядов. В настоящем издании мы принимаем классификацию, наиболее широко распространенную в советской научной литературе, а именно деление водорослей на 10 отделов. Приводим их перечень с соблюдением общепринятой русской и латинской научной номенклатуры:

1) сине-зеленые водоросли - Cyanophyta;

2) пирофитовые водоросли - Pyrrophyta;

3) золотистые водоросли - Chrysophyta;

4) диатомовые водоросли - Bacillariophyta;

5) желто-зеленые водоросли - Xanthophyta;

6) бурые водоросли - Phaeophyta;

7) красные водоросли - Rhodophyta;

8) эвгленовые водоросли - Euglenophyta;

9) зеленые водоросли - Chlorophyta;

10) харовые водоросли - Charophyta.

В научной литературе до сих пор продолжаются споры о положении в общей системе, с одной стороны, сине-зеленых водорослей и, с другой стороны, всех тех водорослей, которые представлены одноклеточными подвижными формами, снабженными органами движения - жгутиками (это почти все эвгленовые водоросли, большая часть пирофитовых и золотистых водорослей и отдельные классы желто-зеленых и зеленых водорослей).

Действительно, сине-зеленые водоросли резко отличаются от других водорослей простотой внутренней организации клеток. Клетки их лишены оформленного ядра, что сближает их с бактериями. Вместе с бактериями сине-зеленые водоросли составляют раздел организмов, обозначаемый как прокариоты (Prokaryota), т. е. "доядерные", в отличие от всех остальных растений и животных, обладающих оформленным клеточным ядром и обозначаемых как эукариоты (Eukaryota), т. е. "истинно ядерные". Некоторые авторы придают этому признаку основное таксономическое значение и объединяют сине-зеленые водоросли с бактериями, т. е. вообще исключают их из числа собственно водорослей.

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 включения в систему животного мира. Такая тенденция сохранилась и до сих пор. В современной зоологической систематике жгутиковые рассматриваются как один из классов - жгутиконосцы (Mastigophora, или Flagellata) типа одноклеточных животных - простейших (Protozoa), а в пределах этого класса окрашенные жгутиковые объединяются в подкласс растительные жгутиконосцы (Phytomastigina), бесцветные - в подкласс животные жгутиконосцы (Zoomastigina).

Не вдаваясь здесь в разбор как первого, так и второго вопроса (это уместнее сделать после описания всех водорослей), отметим только, что мы не можем принять указанные крайние точки зрения. Дело в том, что в процессе эволюции возникновение хлорофилла у первичных бесцветных гетеротрофных организмов было настолько существенным переломным моментом, что только его и можно считать началом той богатейшей эволюции, которая привела к созданию биосферы на Земле в ее современном выражении. И трудно допустить, что такое сложное и уникальное органическое соединение, как хлорофилл, давшее организмам возможность фототрофного питания, т. е. совершенно новой энергетики жизненных процессов, основанной на утилизации солнечной энергии, могло возникать многократно на разных этапах эволюции. 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 хлорофиллоносным организмам успешное развитие в чисто абиотической среде. Учитывая особенности строения клеток сине-зеленых водорослей, следует думать, что возникновение хлорофилла произошло еще на прокариотическом уровне, а наличие в настоящее время сходных хлорофиллоносных 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 (например, строение в пределах Chlorophyta, Xanthophyta и Chrysophyta). Такая точка зрения хорошо подтверждается еще и тем, что в пределах большинства вышеперечисленных отделов водорослей жгутиковые формы тесно связаны переходами с другими, типично "водорослевыми" структурами - неподвижными клетками, колониями и нитями. С другой стороны, в пределах некоторых отделов имеются и безусловно вторично 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 зеленого 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 (от латинского названия водорослей - algae).