какие способы размножения наблюдаются у водорослей
Способы размножения водорослей: половое и бесполое, вегетативный и комбинированный типы, деление спорами
Водоросли являются автотрофными организмами, которые способны осуществлять фотосинтез. На данный момент идентифицировано более 30 000 видов водорослей. Хотя они обладают хлорофиллом, подобно зелёным растениям, они лишены крепкой корневой системы и листьев. Следовательно, это не растения, поэтому и способ размножения у водорослей другой.
Водоросли не являются растениями, поэтому их размножение отличается от размножения растений
Структура водорослей может варьироваться от простых одноклеточных (например, Micromonas) до сложных многоклеточных (например, Kelps) форм. Они встречаются в любой среде обитания: пресноводной, морской, болотистой, во влажной почве и на скалах. Исходя из характерных особенностей, выделяют четыре основных вида водорослей: цианобактерии, зелёные, красные и бурые.
Типы размножения
Водоросли могут размножаться как половым, так и бесполым способом. При половом размножении две гаплоидные половые клетки родителей сливаются, чтобы образовать диплоидную зиготу, которая со временем развивается в новый организм. Бесполый способ подразумевает отделение клеток одного организма для создания нового.
Также встречаются варианты комбинированной репродукции новых организмов. В этом случае в процессе созревания организм проходит как половые, так и бесполые стадии.
Вегетативный способ
При таком способе размножении генетический материал родительской клетки не взаимодействует с генетическим материалом другой. При этом вегетативное размножение весьма разнообразно:
Тип размножения зависит от вида организма и принадлежности к группе. Также существуют небольшие подвиды вегетативного размножения, например, полиэмбриония, однако они встречаются намного реже.
Деление спорами
Ещё один вид бесполого размножения водорослей. Он происходит путём образования спор, таким образом размножаются Chlamydomonas и Chlorella. Обычно споры содержат два набора хромосом, в которых хранится генетический материал родителя. Споры бывают нескольких видов:
В зависимости от вида, споры могут развиваться внутри родительской клетки или же сразу имеют возможность самостоятельно передвигаться благодаря хлыстообразным хвостам. Также есть третий тип спор, которые имеют возможность развиваться отдельно от родителя, но не могут двигаться.
Половой контакт
При половом размножении две взрослые особи объединяют свои наборы хромосом, чтобы создать потомство с двумя наборами хромосом, имеющими черты обоих родителей. Самый простой метод полового размножения — конъюгация — возникает, когда два организма сливаются, обмениваются генетическим материалом и затем разделяются. Слияние в некоторых видах происходит через специальные трубки.
В большинстве многоклеточных видов организмы производят специальные половые клетки, называемые гаметами, которые содержат только один набор хромосом. Гаметы от двух индивидуумов сливаются и затем развиваются в потомство или образовывают клетки, которые впоследствии продуцируют споры. Гаметы могут быть одинаковыми по форме, размеру и структуре (изогамии) или различным (гетерогамии).
Половое размножение подразумевает слияние двух организмов для обмена хромосомами и дальнейшее разъединение
Комбинирование двух вариантов
Некоторые виды размножаются через механизм, имеющий как половые, так и бесполые стадии. В таком случае зрелая клетка имеет только один набор хромосом, а не два. Через деление клеток одна родительская клетка может создавать четыре клетки-споры, каждая из которых имеет один набор хромосом и готова к слиянию с другими спорами.
Например, Ulva и Laminaria, обычно наблюдается чередование поколений. В первом цикле организмы образуют гаметы бесполым способом. В следующем цикле гаметы образуют клетки с двумя наборами хромосом. Они развиваются в зрелые клетки, которые продуцируют споры с одним набором хромосом, в результате чего процесс становится полным.
Таким образом, в жизненном цикле потомства присутствуют зрелые формы гаплоидных организмов (гаметофит) и диплоидных организмов (спорофит). Если организмы гаметофита и спорофита похожи по внешнему виду, то они называются изоморфными, тогда как водоросли с различными формами гаметофитов и спорофитов называются гетеротрофными.
Общая характеристика
Характерной особенностью всех видов водорослей является наличие хлорофилла. Также могут содержаться и другие пигменты. Среди них можно выделить:
От них зависит пигментация растений. Кроме зелёного цвета они могут иметь красный, бурый или жёлтый окрас.
Благодаря присутствию пигментов обеспечивается аутотрофный тип питания. Но многие виды водных растений способны при определённых условиях переходить на гетеротрофное. Также известны случаи сочетания такого питания с фотосинтезом.
Сейчас учёным известно примерно 40 тысяч видов водорослей. Схема классификации до сих пор полностью не разработана, так как учёные ещё недостаточно хорошо изучили все формы этих организмов. В России подразделение осуществляется по отделам. Деление зачастую происходит исходя из окраса растений. Цвет, как правило, совпадает с особенностями строения.
В строении ядер эукариотических водорослей выделяют такие структуры:
Строение остальных разновидностей характеризуется огромным разнообразием. Эволюция сохранила самые перспективные формы, включая те, которые позволили в итоге образоваться наземным видам.
Чтобы развитие водорослей происходило хорошо, необходимы благоприятные условия:
Основная среда обитания — вода. Также на жизнедеятельность этих растений оказывают влияние уровень солёности, температура и т. д. Большинство водорослей произрастают в пресных и солёных водоёмах. Некоторые виды населяют толщу воды, свободно в ней перемещаясь. Так образуется фитопланктон. Также могут закрепляться на морском дне, создавая фитобентос. Водоросли присутствуют и в горячих источниках. Жизненные циклы таких видов происходят значительно быстрее.
Существуют и наземные водоросли. Кроме того, они могут обитать в снегах и льдах Арктики, а также известковом субстрате.
Многие водоросли ведут симбиотический образ жизни. Они способны вступать в такие отношения с другими представителя как растительного, так и животного мира. Самым интересным для учёных является симбиоз с грибами. Благодаря ему возникают лишайники.
Теории происхождения и виды
Единого мнения о том, как произошли водоросли, не существует. Также учёные не знают их точный возраст. Это обусловлено большим видовым разнообразием водных растений. Кроме того, до сих пор не удалось обнаружить ни одного ископаемого. Из-за этого невозможно воссоздать этапы эволюции, которые были пройдены организмами.
Есть теория, согласно которой жёлтые и зелёные виды возникли примерно 3 млрд лет назад. Сначала они были одноклеточными организмами и только через большой промежуток времени трансформировались в колониальных. Благодаря наличию таких видов на Земле появился кислород и озоновый слой. В итоге образовалась более сложная жизнь. Примерно 1 млрд лет назад на планете начали зарождаться многоклеточные водоросли.
Все виды водорослей современная наука разделяет на такие группы:
Самым развитым видом считаются бурые водоросли. Они обитают на больших глубинах, создавая обширные заросли. Например, их можно встретить в Саргассовом море. Эти растения настолько сильно закрепляются на поверхности дна и различных предметов, что их практически невозможно оторвать.
Вегетативный способ размножения
Водоросли размножаются несколькими способами. При вегетативном — ДНК родительского материала не взаимодействует с другими клетками. Этот способ может быть достаточно разнообразным, представляя собой:
Тип размножения зависит от конкретного вида водорослей и принадлежности к какой-либо группе. Также бывают подвиды вегетативного способа, но они встречаются очень редко.
Деление спорами и генеративный тип
К бесполому размножению относится и деление спорами. Обычно в них находятся 2 набора хромосом, которые хранят информацию родительского растения.
Существует несколько видов спор:
У разных видов водорослей они могут развиваться внутри клеток или же быть самостоятельными частями организма. Также существуют и такие, которые могут развиваться отдельно от родителя.
Во время генеративного размножения два взрослых растения обмениваются набором хромосом, чтобы дать потомство, у которого будут черты от обоих родителей. Наиболее простым способом считается конъюгация. Они появляется тогда, когда два организма меняются хромосомами, после чего разделяются. Слияние (оогамия) у определённых видов происходит при помощи специальных трубок.
Многие многоклеточные водоросли имеют половые клетки, которые называются гаметами. Они сливаются, после чего появляется потомство или же споры.
Комбинирование двух вариантов
Некоторые организмы проходят стадии как полового, так и бесполого размножения. В этом случае у развитой клетки есть лишь 1 набор хромосом. С помощью деления родительская клетка создаёт 4 споры, у которых тоже имеется по одному набору. А уже они сливаются с другими спорами.
К примеру, у ламинарии можно наблюдать чередование поколений. В первом цикле при помощи бесполого способа образуются гаметы, а во втором — полноценные клетки, которые имеют по 2 набора хромосом. Из них продуцируются споры, благодаря чему цикл замыкается.
В результате у потомства есть и зрелые формы организмов, и диплоидные. Если они имеют одинаковый внешний вид, то их называют изоморфными. Водоросли с разной формой спорофитов и гаметофитов называются гетеротрофными.
Значение в природе и жизни человека
Наземные виды часто первыми поселяются на бесплодных участках суши. Они постепенно создают плодородный грунт, на котором уже могут нормально развиваться другие растения.
Водоросли являются одними из самых древних организмов, населявших Землю. Именно от них в процессе эволюции произошли наземные растения, благодаря чему атмосфера наполнилась кислородом. Это обусловило появление бактерий, а затем и животных.
Благодаря водорослям образовался озоновый слой, защищающий планету от жёсткого ультрафиолета и радиации. Органика, создаваемая этими растениями, послужила пищей для бактерий и животных.
Водоросли имеют важное значение в круговороте веществ в природе. Также они способствуют увеличению отложений органического ила. Заросли больших видов являются жилищем для многих морских обитателей.
Человек использует водоросли в своей деятельности. Они применяются в качестве удобрений, корма для животных. Кроме того, многие виды люди употребляют в пищу, например, порфиру и ламинарию. Диатомиты применяются в строительстве, фармацевтической, пищевой и химической промышленностях.
Бурые водоросли используются в качестве сырья для изготовления альгиновой кислоты. Это вещество необходимо во многих отраслях. Например, из альгината натрия изготавливается клей для текстильных производств и скрепления бетона.
Некоторые виды имеют целебные свойства. Их широко применяют в медицине. Также водоросли используются в качестве биологических индикаторов санитарного состояния водоёмов.
Но эти растения могут нести и негативное влияние. Например, при чрезмерном их размножении вода начинает «цвести». Это приводит водоём в негодность, и гибнет рыба. Также водоросли загрязняют насосные станции, что отражается на их эксплуатации. Все это небольшие проблемы по сравнению с той пользой, которую приносят водные растения.
Размножение водорослей
Урок 5. Биология. Сложные вопросы. Ботаника
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Размножение водорослей»
Для водорослей характерно несколько типов размножения: вегетативное, бесполое и половое. Рассмотрим более подробно эти типы.
При вегетативном размножении происходит образование новой особи из многоклеточной части тела родительской организма. Нитчатые водоросли распадаются на две новые нити, или таллом распадается на несколько частей. Они могут быть одноклеточные и многоклеточные. Слоевище многоклеточных водорослей может разделяться на части в результате механического воздействия потоков воды, водных живых организмов или деятельности человека.
Для вегетативного размножения многие виды водорослей образуют специальные структуры. На талломах бурых водорослей вырастают своеобразные «почки», которые отламываются и дают начало новым слоевищам. Харовые водоросли образуют одноклеточные или многоклеточные клубеньки на ризоидах, которые после периода зимнего покоя прорастают в новые растения. При наступлении неблагоприятных условий определённые клетки некоторых нитчатых водорослей утолщают оболочку и накапливают большой запас питательных веществ. Эти клетки способны долго находиться в состоянии покоя и пережидать неблагоприятные условия.
Вы уже знаете, что водоросли – споровые растения. Это значит, что бесполое размножение осуществляется спорами. Они могут развиваться в обычных вегетативных клетках или в специальных органах бесполого размножения – спорангиях. Особь, на которой формируются спорангии, называют спорофитом.
Развитие спор сопровождается делением ядра, которое может происходить несколько раз в зависимости от количества образующихся спор. Они в дальнейшем окружаются оболочкой и выходят через образующееся отверстие в оболочке материнской клетки.
Выделяют несколько типов спор. Апланоспоры имеют плотную оболочку и лишены жгутиков, они неподвижны. Гипноспоры имеют очень толстую оболочку. Они способны длительно покоиться. Большинство водорослей образуют зооспоры. Они имеют жгутики и способны к передвижению. В других случаях при определении спор указывается их численность в материнской клетке или спорангии – например, моноспоры, биспоры и тетраспоры.
При половом размножении происходит попарное слияние половых гаплоидных клеток (гамет) с образованием диплоидной зиготы, из которой развивается новая водоросль или образуются зооспоры. Вспомним, что гаметы образуются в органах полового размножения – гаметангиях. Мужские гаметангии называются антеридиями, женские гаметангии называются архегониями. Женские гаметангии водорослей имеют собственное название – «оогонии». В антеридиях образуются подвижные мужские гаметы – сперматозоиды, в оогониях – неподвижные женские яйцеклетки.
Органы полового размножения водорослей одноклеточные. Исключение составляют только харовые водоросли, которые имеют многоклеточные органы полового размножения. Выделяют три типа полового размножения – изогамию, анизогамию и оогамию. Рассмотрим их отличия.
Изогамия – примитивная форма полового процесса, при котором сливаются две одинаковые гаметы. При изогамии гаметы не разделяются на мужские и женские.
Анизогамия, или гетерогамия, – форма полового процесса, при котором сливаются две разные гаметы (по форме). При анизогамии гаметы разделяются на мужские и женские.
Оогамия – форма полового процесса, при котором сливаются резко отличающиеся друг от друга половые клетки – крупная неподвижная яйцеклетка с мелкой мужской клеткой (подвижным сперматозоидом или неподвижным спермием). Оогамия –наиболее высоко организованный тип полового размножения.
Водоросли бывают однодомные и двудомные. Если яйцеклетки и сперматозоиды образуются на одном слоевище, то такие формы называют однодомными (или обоеполыми). Если яйцеклетки и сперматозоиды образуются на разных талломах, то такие водоросли называют двудомными (или раздельнополыми).
Половое размножение в некоторых группах водорослей может осуществляться без образования гамет. Например, если сливаются две подвижные одноклеточные водоросли, вегетативные клетки, то это хологамия.
Наиболее известным примером конъюгации у водорослей является конъюгация у зелёной водоросли спирогиры. При этом клетки двух соседних нитей соединяются между собой боковыми выростами. Образуется копуляционный канал, по которому протопласт одной клетки перетекает в другую и сливается с содержимым последней. Клетка, в которой произошло слияние и образовалась зигота, закругляется, отделяется от нити и, одеваясь толстой оболочкой, превращается в зигоспору. Зигоспора перезимовывает и весной делится мейозом. В результате образуются 4 гаплоидные споры, три из которых отмирают, а одна прорастает в молодую нить. Все стадии, кроме зиготы и зигоспоры, – гаплоидны.
В жизненном цикле водорослей происходит чередование двух поколений – полового и бесполого. Некоторые водоросли способны на одном слоевище образовывать органы бесполого и полового размножения. Такие водоросли называют гаметоспорофитами.
Если же органы полового и бесполого размножения образуются на разных растениях, происходит чередование поколений. Растения, на которых развиваются органы полового размножения, называют гаметофитами, растения, образующие органы бесполого размножения, – спорофитами.
Чередование поколений определяет и смену гаплоидной и диплоидной стадий жизни водорослей. У высших растений гаплоидные и диплоидные стадии сменяют друг друга закономерно и строго. У низших растений редукционное деление ядра, в результате которого происходит уменьшение числа хромосом в два раза, происходит на разных этапах развития. Поэтому выделяют несколько типов редукции.
Гаметическая редукция – уменьшение числа хромосом происходит во время мейоза при образовании гамет, остальные клетки всегда диплоидные.
Спорическая редукция – уменьшение числа хромосом происходит во время мейоза при образовании спор.
Зиготическая редукция – редукция, характеризующаяся мейозом, происходящим в зиготе после процесса оплодотворения, и приводящая к возникновению гаплоидных особей.
Рассмотрим, как происходит бесполое размножение одноклеточной зелёной водоросли хламидомонады. Летом при благоприятных условиях хламидомонада размножается делением. Перед делением она перестаёт двигаться и теряет жгутики. Из материнской клетки освобождается 2-4, а иногда 8 клеток. Эти клетки, в свою очередь, делятся.
При наступлении неблагоприятных для жизни условий (похолодание, пересыхание водоёма) происходит половое размножение. Внутри хламидомонады возникают гаметы (половые клетки). Они выходят в воду и соединяются попарно. При этом образуется зигота, которая покрывается толстой оболочкой и зимует. Весной зигота делится. В результате деления образуются четыре клетки – молодые хламидомонады.
У многоклеточной зелёной водоросли улотрикса в благоприятное для жизни 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 предмету и делятся. Так образуются новые нити улотрикса.
При неблагоприятных условиях размножения в некоторых клетках водоросли образуются многочисленные мелкие подвижные гаметы со жгутиками. Гаметы выходят в воду и попарно сливаются. 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 нитчатой водоросли улотриксу.
Половой и бесполый сособы размножения водорослей
Водоросли являются автотрофными организмами, которые способны осуществлять фотосинтез. На данный момент идентифицировано более 30 000 видов водорослей. Хотя они обладают хлорофиллом, подобно зелёным растениям, они лишены крепкой корневой системы и листьев. Следовательно, это не растения, поэтому и способ размножения у водорослей другой.
Водоросли не являются растениями, поэтому их размножение отличается от размножения растений
Структура водорослей может варьироваться от простых одноклеточных (например, Micromonas) до сложных многоклеточных (например, Kelps) форм. Они встречаются в любой среде обитания: пресноводной, морской, болотистой, во влажной почве и на скалах. Исходя из характерных особенностей, выделяют четыре основных вида водорослей: цианобактерии, зелёные, красные и бурые.
Типы размножения
Водоросли могут размножаться как половым, так и бесполым способом. При половом размножении две гаплоидные половые клетки родителей сливаются, чтобы образовать диплоидную зиготу, которая со временем развивается в новый организм. Бесполый способ подразумевает отделение клеток одного организма для создания нового.
Также встречаются варианты комбинированной репродукции новых организмов. В этом случае в процессе созревания организм проходит как половые, так и бесполые стадии.
Вегетативный способ
При таком способе размножении генетический материал родительской клетки не взаимодействует с генетическим материалом другой. При этом вегетативное размножение весьма разнообразно:
Тип размножения зависит от вида организма и принадлежности к группе. Также существуют небольшие подвиды вегетативного размножения, например, полиэмбриония, однако они встречаются намного реже.
Деление спорами
Ещё один вид бесполого размножения водорослей. Он происходит путём образования спор, таким образом размножаются Chlamydomonas и Chlorella. Обычно споры содержат два набора хромосом, в которых хранится генетический материал родителя. Споры бывают нескольких видов:
В зависимости от вида, споры могут развиваться внутри родительской клетки или же сразу имеют возможность самостоятельно передвигаться благодаря хлыстообразным хвостам. Также есть третий тип спор, которые имеют возможность развиваться отдельно от родителя, но не могут двигаться.
Половой контакт
При половом размножении две взрослые особи объединяют свои наборы хромосом, чтобы создать потомство с двумя наборами хромосом, имеющими черты обоих родителей. Самый простой метод полового размножения — конъюгация — возникает, когда два организма сливаются, обмениваются генетическим материалом и затем разделяются. Слияние в некоторых видах происходит через специальные трубки.
В большинстве многоклеточных видов организмы производят специальные половые клетки, называемые гаметами, которые содержат только один набор хромосом. Гаметы от двух индивидуумов сливаются и затем развиваются в потомство или образовывают клетки, которые впоследствии продуцируют споры. Гаметы могут быть одинаковыми по форме, размеру и структуре (изогамии) или различным (гетерогамии).
Половое размножение подразумевает слияние двух организмов для обмена хромосомами и дальнейшее разъединение
Комбинирование двух вариантов
Некоторые виды размножаются через механизм, имеющий как половые, так и бесполые стадии. В таком случае зрелая клетка имеет только один набор хромосом, а не два. Через деление клеток одна родительская клетка может создавать четыре клетки-споры, каждая из которых имеет один набор хромосом и готова к слиянию с другими спорами.
Например, Ulva и Laminaria, обычно наблюдается чередование поколений. В первом цикле организмы образуют гаметы бесполым способом. В следующем цикле гаметы образуют клетки с двумя наборами хромосом. Они развиваются в зрелые клетки, которые продуцируют споры с одним набором хромосом, в результате чего процесс становится полным.
Таким образом, в жизненном цикле потомства присутствуют зрелые формы гаплоидных организмов (гаметофит) и диплоидных организмов (спорофит). Если организмы гаметофита и спорофита похожи по внешнему виду, то они называются изоморфными, тогда как водоросли с различными формами гаметофитов и спорофитов называются гетеротрофными.