Водоросли, вызывающие «цветение» воды

     Речь в этой статье пойдет об уникальных существах – синезеленых водорослях … или как их еще называют цианобактериях. Кто же они, водоросли или бактерии? Ученые до сих пор спорят об этом,  –  к какому царству их относить – царству растений или царству бактерий. Сколько сложностей и путаницы! А ведь в этом «виноваты» сами синезеленые водоросли-цианобактерии.

     Название  «синезеленые водоросли» широко применяется ботаниками, тогда как микробиологи, генетики чаще всего используют термин «цианобактерии».

     Сторонники растительной классификации в своих доводах указывают на способность синезеленых водорослей, подобно растениям, осуществлять фотосинтез с выделением молекулярного кислорода, что отличает их от фотосинтезирующих бактерий, у которых фотосинтез не сопровождается выделением кислорода. В клетке синезеленых водорослей присутствуют пигменты, которые присущи только растениям.

     Микробиологи  основываются на сходстве строения клеток цианобактерий с другими бактериями, включая организацию ядерного аппарата, генетические свойства, химический состав, наличия общих с бактериями специфических соединений. Так что синезеленые водоросли-цианобактерии, с одной стороны, имеют признаки водорослей и бактерий, и в то же время отличаются от них. Это позволяет некоторым исследователям выделять их в особое царство живого мира.

     По своей экологической роли в природе, они ближе всего к растениям, поэтому в нашей статье будем называть их по старому – «синезеленые водоросли», тем более в нашем случае это не имеет принципиального значения. Свое название они получили за счет соответствующей окраски пигментов (кстати, в ботанической систематике есть водоросли и других цветов солнечного спектра – зеленые, золотистые, желто-зеленые, красные, бурые).

     Теперь о синезеленых водорослях. Начнем с того, что это самые древние организмы Земли. Их возраст насчитывает свыше трех миллиардов лет. В те давние времена климат Земли был нестабильный и, чтобы выжить в таких неблагоприятных условиях, водорослям пришлось приспосабливаться к самым разнообразным условиям существования. Чрезвычайная устойчивость синезеленых водорослей, их удивительная нетребовательность к субстрату позволяет им быть первопроходцами в преобразовании лика Земли. Они развиваются в тех местах, где не выдерживают другие организмы. Синезеленые водоросли обитают везде – в воде и на суше, в пресных и соленых водоемах, легко переносят пересыхание, промерзание, высокие и наоборот низкие температуры, ультрафиолетовое облучение, высокую радиоактивность и соленость.

     Синезеленые водоросли насчитывают около 2000 видов. В основном это одноклеточные, колониальные и нитчатые микроскопические формы, однако, часто образуют крупные скопления в виде корочек и так называемых «кустиков».

     Основная масса водорослей обитает в воде, в основном в пресных водоемах (озерах, реках, водохранилищах, прудах и т.п.) В толще воды они  ведут планктонный (т.е. парящий) образ жизни. В основном это мелкие формы, имеющие различные газовые включения для увеличения плавучести. Во время массового развития они вызывают так называемое «цветение» воды. Это придает ей неприятный запах и вкус, а в отдельных случаях вызывает отравление водных организмов. Цветение синезеленых снижает и рекреационное использование водоемов. Синезеленые, обитающие на дне небольших водоемов, покрывают его сплошным «ковром»; они обрастают стебли водных растений, скалы, днища судов и различные технические сооружения.

     В морях обитает небольшое число видов по сравнению с пресными водоемами, однако в сверхсоленых озерах, в которых соленость достигает 280-350 г соли в одном литре воды (к примеру, в морях и океанах всего 35 г соли в литре воды) выживают лишь немногие виды водорослей, в основном зеленая дуналиелла и синезеленая хлороглея. Последняя в некоторых озерах развивается в таких больших количествах, что ил, оставшийся после ее отмирания, участвует в образовании лечебных грязей.

     Синезеленые водоросли имеют большой набор различных пигментов, которые используют свет разной длины волны. При дневном освещении «работает» определенный набор пигментов, а при смещении спектрального состава света, что наблюдается на больших глубинах водоемов, в пещерах, почве, на первый план выходят те, которые способны улавливать свет преобладающей длины волны. Синезеленым водорослям свойственен не только автотрофный тип питания (т.е., используют углекислый газ при фотосинтезе), но и гетеротрофный (потребляют готовые органические вещества). При наличии в среде органических веществ они используют их в качестве дополнительного источника энергии, а при недостаточной освещенности могут полностью перейти на питание им.

     Есть виды синезеленых водорослей, способные усваивать атмосферный азот. Последнее делает их исключительными на Земле организмами, сочетающими фотосинтез, протекающий с выделением кислорода, и азотфиксацию. Азотфиксация и питание органическим веществом сближает синезеленых с бактериями. Азотфиксирующие синезеленые водоросли используются в качестве удобрений на рисовых полях.

     Перечисленные выше качества позволяют синезеленым водорослям менее всего зависеть от среды обитания, поэтому они могут заселять необитаемые пространства без малейших следов почвы. Синезеленые азотфиксаторы – это основные и постоянные обитатели скал, такыров, пустынь, арктических грунтов, почв тундр. Они первыми заселяют отвалы горных выработок и вулканический пепел. На острове Кракатау в 1883 г. через три года после извержения вулкана на застывшей лаве были обнаружены слизистые скопления синезеленых водорослей. То же самое наблюдалось и на острове Сурцей, который возник после извержения подводного вулкана в 1963 году около Исландии. Эти первые поселенцы при отмирании обогащают безжизненный субстрат органическим веществом и соединениями азота. Это, в конечном счете, дает начало формированию первичных почв, на которых в дальнейшем поселяются более требовательные растения.

     Многие виды синезеленых водорослей способны жить и размножаться в таких условиях, которые на первый взгляд, кажутся совершенно непригодными для жизни, как бы образуют границу жизни в этих экстремальных условиях. Многие виды приспособлены к жизни в условиях горячих вод при температуре 850С.

     Холодолюбивые синезеленые могут развиваться на ледниках и снежниках. В этих условиях они иногда размножаются настолько интенсивно, что окрашивают поверхность льда и снега в самые разнообразные цвета, в зависимости от преобладания в нем тех или иных снежных водорослей. Снежные водоросли большую часть года находятся в состоянии покоя. Весной, как только ослабевают морозы, водоросли начинают интенсивно размножаться. Жизнь в таких неблагоприятных условиях возможна только в том случае, когда клетки окружены прослойкой воды, что происходит при ярком солнечном свете. Водоросли имеют темную окраску и, как все темные предметы, поглощают больше тепловых лучей, чем окружающая их белая поверхность, способствуют более быстрому таянию снега вокруг водорослей. Они начинают бурно развиваться в талой воде, образующейся под лучами солнца. Днем водоросли ведут активный образ жизни, а ночью вмерзают в лед. Некоторые синезеленые водоросли долгое время способны  сохраняться при температуре –1900С. Конечно, в природе таких температур нет, однако и в Антарктиде были обнаружены в большом количестве синезеленые водоросли. Чем выше в горы, тем менее разнообразен видовой состав водорослей. На высоте около 5000 м они становятся единственными обитателями ледников, холодных скал, образуя как бы «границу жизни» в высокогорье.

     Значительная часть синезеленых водорослей обитает в почве, в основном на ее поверхности и в самом верхнем слое, куда проникает солнечный свет. В засушливый летний период и зимой водоросли находятся в покоящемся состоянии. У некоторых почвенных водорослей важным приспособлением к защите от засухи является обильное образование слизи. При малейшем увлажнении или повышении влажности воздуха в вечерние и утренние часы слизь быстро поглощает и удерживает большое количество воды, в 10 раз превышающую сухую массу водорослей. К полудню студенистые колонии высыхают, превращаясь в хрустящие корочки. В таком состоянии они держатся до следующей ночи, когда снова происходит поглощение влаги. Таким образом, водоросли не только запасают  воду, замедляя высыхание, но и быстро поглощают ее при увлажнении. Почвенные водоросли крайне жизнеспособны. Например, удалось оживить некоторые водоросли из почв, хранящихся в музеях в сухом состоянии более 80 лет.

     Почвенные водоросли обладают высокой устойчивостью против ультрафиолетового облучения. От избытка ультрафиолетовой радиации, которое имеет место в горах, водоросли защищены темными слизистыми чехлами. С другой стороны, темная окраска водорослей – приспособление к наилучшему использованию света. Антарктида, например, царство синезеленых водорослей, имеющих черную окраску. Еще одно уникальное свойство синезеленых водорослей – это устойчивость к радиационному излучению. Эти водоросли были первыми живыми существами, появившимися на выжженной земле полигонов после испытания ядерного оружия.

     Многие синезеленые водоросли вступают в симбиотические взаимоотношения с другими организмами – растениями и животными. Они сожительствуют с грибами, простейшими, обитают в тканях губок, в воздушных камерах мхов, в листьях водяного папоротника и других растениях. Водоросли снабжают хозяев продуктами фотосинтеза, получая взамен убежище и продукты их метаболизма.

Такие синезеленые, как носток и спирулина используются в пищу в Китае, Японии, Мексике и Чаде. У нас в стране спирулина используется в качестве пищевой добавки под коммерческим названием «сплат».

А.П.Садчиков,

профессор МГУ имени М.В.Ломоносова, 

Вице-президент Московского общества испытателей природы

(http://www.moip.msu.ru)