Текст книги "Я познаю мир. Ботаника"

Автор книги: Юлия Касаткина

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 15 страниц)

С ними выгодно иметь дело

Водоросли обладают огромной продуктивностью. В Баренцевом море годовая продукция сырой массы донных водорослей в среднем составляет 200 т/га, а в Черном море – от 80 до 170 т/га. Если вы сравните эти цифры со средними значениями урожаев культурных растений (менее тонны с гектара), то поймете, что с водорослями иметь дело очень выгодно.

Основное значение в хозяйстве человека играют морские водоросли из отделов красных и бурых.

Из красных водорослей получают многие ценные продукты, например агар–агар, альгиновую кислоту, каррагенан. Все эти вещества входят в состав клеточной стенки водорослей. Их применяют в качестве отвердителей и желеобразующих веществ в косметике для изготовления кремов, в химической промышленности при получении лаков, красок и лекарств, для получения глазурованной керамической посуды, в кондитерской промышленности, например для приготовления мороженого. Кондитеры и пекари добавляют в тесто небольшое количество агар–агара, чтобы пирожные, бисквиты и хлеб дольше не черствели. Без агар–агара не обходятся даже при производстве кино– и фотопленки. Это ценное вещество применяют при изготовлении капсул для витаминов и лекарств, отпечатков зубов, а в тропических районах используют как временную защитную оболочку для мяса и рыбы.

Кроме этого, агар–агар является очень удобной твердой средой для выращивания бактерий и микроскопических грибов. Для этого готовят разбавленный раствор агара, добавляют в него необходимые питательные вещества, стерилизуют и дают застыть в желеобразную массу.

Способ выращивания микроорганизмов на твердых средах впервые предложил немецкий микробиолог Роберт Кох. Взглянув однажды на половинку вареной картошки, оставленной на столе, ученый заметил, что вся поверхность среза испещрена маленькими цветными капельками: желтыми, фиолетовыми, красными. Тоненькой платиновой проволочкой он взял одну из этих капелек и размазал ее между двумя стеклышками. Взглянув в микроскоп, он увидел множество абсолютно одинаковых бацилл. Затем он посмотрел на микробов из желтой и фиолетовой капли. В одной пробе все микробы были круглые, в другой напоминали крошечные палочки, но все микробы в каждой капле были совершенно одинаковы.

Колонии бактерий на агаре

Это означало настоящий переворот в микробиологии... Впервые исследователи получили в руки простой и надежный метод выращивания микробов разных видов отдельно друг от друга! Как просто! Раньше бактерий выращивали в жидкой среде – в бульоне, но там они смешивались между собой. Если же разные микроорганизмы попадают на твердую поверхность картошки, то каждый из них остается на том месте, где упал, а затем начинает расти, образуя чистую культуру одного определенного вида. Вместо картошки Кох стал использовать желатиновое желе с добавлением бульона, а для особо капризных микробов, таких как кишечная палочка, – свернувшуюся кровяную сыворотку.

Многие поколения микробиологов использовали для выращивания микроорганизмов твердые питательные среды по рецептам Коха. Сейчас в микробиологии в основном используются среды на основе агар–агара как более дешевые и простые в приготовлении.

Водоросли используют и в качестве удобрений. Они богаты калием, йодом и другими микроэлементами, но в них мало азота и фосфора, поэтому их удобряющее действие без добавления азотных и фосфорных соединений не очень велико.

На Дальнем Востоке, в Китае, Корее и Японии традиционными являются блюда из водорослей. Красную водоросль порфиру считают деликатесом, а большую бурую водоросль ламинарию, больше известную под названием «морская капуста», едят в сыром виде, используют для приготовления салатов, овощной икры, пюре и... конфет.

Морские водоросли как продукт питания не имеют большой питательной ценности, поскольку у человека и большинства других животных нет ферментов, необходимых для расщепления веществ их клеточной стенки. Однако водоросли служат источником важных для человека солей, витаминов и микроэлементов и поэтому очень полезны в качестве добавки к меню. В приморских районах водоросли широко используются на корм скоту.

Альгин и альгинаты, извлекаемые из бурых водорослей, обладают превосходными клеящими свойствами. Их добавляют в пищевые продукты, в таблетки, используют при выделке кож, при производстве бумаги, тканей, пластмасс. Из них делают растворимые нити, используемые в хирургии.

Хотя часть съедобных водорослей жители Дальнего Востока собирают в открытом море, более доходным делом является выращивание водорослей на подводных фермах. В культивировании красной водоросли порфиры только в Японии занято более 30.000 человек, а получаемая продукция оценивается примерно в 20 млн. долларов в год. На морских огородах можно не только «сеять» уже имеющиеся, но и выводить новые, улучшенные сорта культурных водорослей.

Перед посевом ламинарии сначала собирают посевной материал – зооспоры, созревающие в зооспорангиях на крупных слоевищах. Для более дружного выхода зооспор слоевища морской капусты слегка подсушивают. Зооспоры лучше всего прорастают при температуре около +10°С. В теплых морях, например у побережья Китая и Японии, в трюмах старых кораблей делают искусственные бассейны с пониженной температурой воды. В такие морские «парники наоборот» помещают камни, веревки, бамбуковые палки, а также куски подсушенной морской капусты. Выйдя из зооспорангиев, зооспоры быстро прикрепляются к камням и палкам, на которых и происходит все дальнейшее развитие слоевищ ламинарии.

Прикрепленную к камням рассаду дальше выращивают на плантациях в открытом море; для ухода за такими посадками требуются услуги водолазов. Гораздо удобнее культивировать морскую капусту в мелководных бухтах и заливах со спокойной водой. Здесь для прикрепления рассады используют уже не камни, а лестницы из бамбуковых палок, которые плавают у самой поверхности моря. Так за капустой гораздо проще ухаживать, да и собирать ее легче.

Ферма по разведению ламинарии

Как и культурные растения на полях, водоросли на подводных фермах удобряют. Морская вода богата соединениями кальция и калия, а также микроэлементами, но в ней мало соединений азота и фосфора. Было замечено, что вблизи городов, где в бухты и заливы попадают сточные воды, водоросли растут лучше. В обычных условиях с каждого гектара «морского огорода» собирают до 10 т капусты (в пересчете на сухой вес), а при внесении азотно–фосфорных удобрений урожай увеличивается до 30 т. Выгода подкормки очевидна, но как вносить удобрения в море так, чтобы питательные вещества усваивались растениями, а не уносились волнами и течениями? Для этого в длинные цилиндрические мелкопористые сосуды из фаянса наливают растворы минеральных солей. Сосуды плотно закупориваются и на поплавках подвешиваются на глубине 1 м. Раствор солей медленно просачивается наружу и, попадая в воду, постепенно усваивается слоевищами ламинарии.

В холодных северных водах морская капуста живет два–три года, а в более теплых условиях все ее развитие происходит за несколько месяцев, после чего слоевище водоросли отмирает.

Среди одноклеточных водорослей наиболее перспективной для искусственного культивирования оказалась зеленая водоросль хлорелла. В белке хлореллы имеются все незаменимые аминокислоты, по качеству его можно сравнить с белком пивных дрожжей, соевой и арахисовой муки. Его признают равноценным белку сухого молока. Помимо белка, клеточная масса хлореллы богата витаминами, микроэлементами, углеводами и жирами.

При выращивании хлореллы не остается никаких отходов: корней, соломы, листьев, все ее тело – питательный продукт. Для выращивания хлореллы не требуется больших площадей – ее можно разводить в сосудах, где на 1 л воды получается до 55 г продукции водоросли в сухом виде. По содержанию белка урожай водоросли хлореллы с 1 га равен урожаю пшеницы с 25 га и урожаю картофеля с 10 га. Огромная продуктивность хлореллы объясняется тем, что она использует 25–30% от общего количества падающей на нее солнечной энергии, в то время как высшие цветковые растения – только 7–13%. (Вот еще одно доказательство того, что «примитивный» вовсе не значит «неприспособленный» или тем более «плохой».)

Сейчас исследуется возможность использования хлореллы как источника питания для людей. В Японии научились перерабатывать эту водоросль в безвкусный порошок, богатый витаминами и белком. Его можно смешивать с мукой при изготовления хлебобулочных изделий.

Выращивание и искусственное разведение водорослей позволяет при небольших трудозатратах получать огромные урожаи. И кто знает, может быть, через 200 лет вторым хлебом будет называться не картошка, а хлорелла.

■ Коралловые рифы могут образовывать не только кораллы, но и низшие растения. В оболочках красной водоросли литотамнии, или каменной водоросли, откладывается такое количество карбоната кальция (извести), что они приобретают прочность камня. Название другой рифообразующей водоросли – кораллина говорит само за себя.

■ В морях Южного полушария встречается самая крупная в мире водоросль – грушеносный макроцистис. Его слоевище может достигать в длину более 90 м.

■ На слоевищах некоторых бурых водорослей (саргассума, фукуса, макроцистиса) хорошо заметны округлые вздутия, похожие на ягоды. Эти вздутия представляют собой воздушные пузыри, которые действуют наподобие поплавков, поднимая растение вверх, поближе к свету.

■ Было замечено, что неумеренный промысел лангустов приводит к сокращению площади зарослей морской капусты. Оказывается, лангусты поедают морских ежей, основным кормом для которых является ламинария. Чем меньше численность морских ежей, тем дальше на глубину проникают подводные заросли морской капусты.

Лишайники

Союз двух царств

Если человеку, который никогда ничего не слышал про лишайники, показать, как они выглядят, и спросить, что это такое, скорее всего он ответит, что это растения. Действительно, внешне плоские корочки, а тем более кустики лишайников, покрывающие камни и стволы деревьев, чем–то напоминают некоторые мхи. Немного настораживает их необычная для растений окраска: встречаются серые, ярко–оранжевые, красные, желтые, фиолетовые и даже совершенно черные лишайники, но ведь есть и зеленые слоевища.

Со времен древнегреческого ученого Теофраста лишайники более двух тысяч лет не задумываясь относили к царству растений. Так продолжалось до тех пор, пока в 1867 году ботаник Симон Швенденер не опубликовал результаты изучения внутреннего строения лишайников. На срезе «растения» ученый под микроскопом увидел зеленые клетки водорослей, со всех сторон опутанные сероватыми гифами грибов. «Лишайник – не растение!» – научный мир был буквально взорван сенсационным открытием. Лишайник не просто не растение, а вообще два отдельных организма – гриб и водоросль! Водоросли находятся внутри гриба, словно замурованные между его клеток.

Лишаиник

Конечно, и раньше ученые сталкивались с явлением, когда внутри одного организма и даже внутри его клеток живет организм совершенно другого вида. Так в кишечнике свиней, коров, собак и людей могут жить различные ааразитические черви, а внутри обыкновенной амёбы иногда можно найти живые зеленые клетки водорослей зоохлорелл, которые придают амёбе ярко–зеленую окраску. Научный мир потрясло другое: гриб и водоросль в составе лишайника не просто живут под одной крышей, пользуясь всеми благами совместного существования, – вместе они составляют целый неделимый организм.

Хотя со времени открытия природы лишайников прошло уже больше 100 лет, эти странные существа во многом остаются для нас загадкой. Так что же такое лишайник? Растением лишайник назвать нельзя, так как основу его тела составляют грибные гифы, и к грибам не отнесешь – какой же это гриб с водорослями внутри, да еще который без этих водорослей и жить–то не может. Кроме этого, гифы, из которых состоит слоевище лишайника, выглядят совсем иначе, чем в теле гриба.

Вспомните, основную массу любого гриба составляет его грибница, или мицелий, – рыхлое сплетение вытянутых грибных клеток. Грибница скрыта от наших глаз в почве или трухлявой древесине, и о существовании грибов мы узнаем по появлению плодовых тел, тех самых подберезовиков, сыроежек и лисичек, которые в обиходе не совсем верно называются грибами.

Большую часть жизни грибы проводят в виде мицелия – плодовые тела могут образовываться не каждый год, да и живут они недолго.

Рогатик (слева) и кладония (справа)Внешне гриб из семейства рогатиковых и лишайник кладония очень похожи, но это кажущееся сходство. 1 – грибница, 2 – плодовое тело, 3 – слоевище

Сами знаете, как быстро плотный и красивый грибок превращается в склизкую кашу на ножке. Как и грибница, плодовые тела состоят из грибных клеток, только здесь они так тесно переплетаются, что отдельные клетки–шнурочки видны только на срезе под микроскопом.

Слоевище лишайника состоит из такого же плотного переплетения грибных гиф, но в отличие от недолговечных грибных плодовых тел, лишайник живет очень долго – многие сотни и даже тысячи лет. А вот рыхлую грибницу лишайник не образует никогда.

Роль водорослей в лишайнике очевидна: с помощью хлорофилла они синтезируют органические вещества. Получая от водорослей «продукты питания», гриб обеспечивает своих кормильцев необходимыми минеральными веществами и защищает от лишней потери воды. Так в общих чертах можно описать принцип существования лишайникового организма. Конечно, реальные отношения между грибом и водорослью намного сложнее и интереснее, но об этом мы расскажем чуть ниже.

Не всякое сожительство гриба и водоросли образует лиШайник. Такое сожительство должно быть постоянным, а не случайным и кратковременным. Бывают случаи, когда гриб и водоросль образуют временное смешанное скопление, но это еще не лишайник. В настоящем лишайнике гриб и водоросль вступают в близкие отношения, грибные гифы оплетают водоросли и могут даже проникать в их клетки.

Но в природе тесные отношения между двумя совершенно разными организмами не редкость. Можно привести много примеров, когда один организм может жить только внутри тела другого и больше нигде в природе не встречается, например инфузории из желудка жвачных животных (см. на с. 100) или жгутиковые простейшие из кишечника термитов (см. с. 98). При этом ни термиты, ни копытные животные прожить без своих симбиотических простейших не могут – они просто погибнут от голода. Более тесные отношения, пожалуй, трудно себе представить.

Тем не менее никому и в голову не приходит говорить о корове и микромире ее желудка как о едином и неделимом организме и тем более выделять в отдельную систематическую группу.

А лишайники, которые, казалось бы, ничем не отличаются от других пар организмов, живущих в симбиозе, почему–то относят к особой группе организмов, отдельной и от грибов; и от водорослей (см. схему на с. 7). Почему так произошло и чем отличаются лишайники от других совместно живущих организмов, нам с вами предстоит разобраться.

Строение лишайников

Внешний вид лишайников довольно разнообразен. Это и длинные развевающиеся по ветру седые бороды уснеи, и хрустящие под ногами в сухом сосновом бору бело–серые кустики «оленьего мха», и ярко–оранжевые круги ксантории на коре осин, и накипные лишайники всех цветов и оттенков на камнях и бетонных плитах, приросшие так плотно, что их с трудом удается соскрести. Первое отличие лишайников от грибов и от водорослей, которое так и бросается в глаза, – их совершенно особый внешний вид. Такого разнообразия форм и окрасок, которые встречаются у лишайников, вы никогда не найдете у наземных водорослей и грибов. Сейчас известно более 20.000 видов лишайников, каждый из которых отличается особенностями внешнего строения (есть, правда, виды лишайников, внешне неотличимые друг от друга). А теперь попробуйте представить себе столько видов коров, связанных симбиозом с инфузориями, или 20.000 видов зеленых амёб!

Жизненные формы лишайников. 1 – накипные (ксантория); 2 – кустистые (кладония); 3 – листоватые (пельтигера собачья). Знаменитый «олений мох», или ягель, – на самом деле общее название для 40 видов кладоний, которые зимой составляют основу питания северных оленей

Особое внешнее строение лишайников, которое не встречается ни у водорослей, ни у грибов – это только первая их отличительная черта. Не менее своеобразно внутреннее строение лишайника.

Если рассмотреть под микроскопом срезы разных видов лишайников, мы увидим примерно одинаковую картину: перепутанные сероватые грибные нити и зеленые клетки водорослей между ними. Внутреннее строение разных лишайников отличается только особенностями взаиморасположения гиф гриба и клеток водорослей. У наиболее просто устроенных лишайников клетки водорослей лежат в толще слоевища (тела лишайника) беспорядочно, но у большинства видов слоевище образовано несколькими хорошо отличимыми друг от друга слоями.

Сверху тело лишайника покрыто «корой» или, точнее, коровым слоем. Этот слой представляет собой плотное переплетение грибных гиф, выполняющих защитную функцию, в первую очередь предохраняющих от механических повреждений. Кроме того, именно в коровом слое накапливаются лишайниковые кислоты, некоторые из которых придают слоевищу лишайника яркую окраску. Концентрация лишайниковых кислот в коровом слое напрямую зависит от количества солнечного света. Например, ксантория постенная, выросшая на солнце, ярко–оранжевая, но в тени теряет оранжевый цвет, приобретая сероватозеленоватую окраску.

Как правило, лишайники высокогорий и приполярных областей окрашены очень ярко. Известно, что для этих районов земного шара характерна большая интенсивность солнечной радиации. В таких условиях в наружных слоях слоевищ концентрируется большое количество пигментов и лишайниковых кислот. Предполагают, что окрашенные слои защищают нижележащие клетки водорослей от чрезмерной интенсивности освещения.

Сразу за коровым слоем лежит зеленый слой водорослей. «Кора» полупрозрачна, и водоросли, защищенные коровым слоем от лишней потери воды, в то же время обеспечены необходимым количеством света для протекания фотосинтеза. Под слоем водорослей чаще всего расположен сердцевидный слой. Сердцевина занимает наибольший объем в теле лишайника и состоит из рыхло сплетенных грибных гиф. По рыхлой сердцевине воздух свободно поступает к клеткам водорослей, обеспечивая их кислородом для дыхания и углекислым газом для фотосинтеза. В сердцевину воздух попадает через специальные вентиляционные поры в «коре» лишайника.

Как видите, внутреннее строение лишайников тоже уникально: ни у грибов, ни у водорослей нет коры, фотосинтезирующего слоя, сердцевины, воздухоносных пор – все эти «чисто лишайниковые» особенности внутреннего строения позволяют нам говорить о лишайнике как о едином самостоятельном организме, а не просто о дружеских отношениях между грибом и водорослью.

Поперечный срез через просто устроенное слоевище примитивного лишайника (слева) и сложно устроенное слоевище (справа)1 – водоросли; 2 – коровый слой; 3 – слой водорослей;4 – сердцевина

Наконец, толькр в составе лишайника можно найти такие удивительные. образования, как жировые, ищущие и двигающие грибные гифы.

В жировых гифах откладываются запасные Питательные вещества, они выглядят как мешочки, раздутые от жировых запасов. Тонкие ищущие гифы проникают в отдаленные уголки слоевища в поисках клеток водорослей. После того как клетка водоросли найдена, в действие приходят двигающие гифы. С их помощью водоросли передвигаются ближе к коровому слою лишайника, к свету.

Гифы: 1 – жировые; 2 – ищущие; 3 – двигающие

Сначала двигающие гифы окружают клетку водоросли, которая, «по их мнению», оказалась не на месте. Потом они начинают проталкивать « заблудившуюся » водоросль по направлению к коровому слою: пучок двигающих гиф разрастается и давит на окружающие клетки гриба, отжимая в стороны окружающие водоросль грибные клетки. В результате образуется полость, в которую давлением растущих двигающих гиф и проталкивается водоросль. Так шаг за шагом двигающие гифы постепенно перемещают клетки водоросли поближе к источнику света, формируя водорослевый слой лишайника. Лишайниковый гриб в этом случае очень напоминает пастуха, внимательно следящего за тем, чтобы ни одна корова не отбилась от стада.

Размножение лишайников

Водоросли и грибы в составе лишайников не утратили способности к самостоятельному размножению. Водоросли размножаются простым делением пополам, а грибной компонент способен к образованию спор. Споры гриба, попадая в благоприятные условия, начинают прорастать и сразу посылают на поиски водорослей тонкие ищущие гифы. Разрастаясь в поисках водоросли, ищущие гифы напоминают мицелий обыкновенного гриба, таким образом, как и многие другие организмы, лишайники на ранних стадиях развития похожи на своих предков – свободноживущие грибы и водоросли.

Дальнейшее развитие гриба и формирование слоевища лишайника происходит лишь в том случае, если ищущие гифы встретят водоросль, соответствующую данному виду лишайника. Если на субстрате, где проросла грибная спора, нужных водорослей нет, мицелий гриба быстро погибает. Гриб в составе лишайника настолько утратил самостоятельность, что не может развиваться в отсутствии зеленых партнеров.

Лишайники могут размножаться и вегетативно – кусочками слоевищ. В сухую погоду лишайники становятся очень хрупкими, и если пройти по ним, с хрустом крошатся под ногами. Эти кусочки подхватываются и разносятся ветром и при благоприятных условиях прорастают в новые слоевища лишайников.

У более высоко организованных видов существуют специальные органы вегетативного размножения, в которых образуются мельчайшие клубочки (их называют соредиями), состоящие из одной или нескольких клеток водорослей, окруженных гифами гриба. Благодаря этому практичному изобретению лишайниковый гриб получил возможность никогда не расставаться с водорослью. Риск погибнуть без зеленой кормилицы голодной смертью у наиболее продвинутых лишайников был сведен к минимуму. Это еще одно доказательство того, что лишайник – единый организм, хотя и состоящий из двух компонентов.

Миллионы таких клубочков образуют порошкообразную зеленоватую массу, которая местами покрывает верхнюю поверхность слоевища или развивается в виде каймы по краям его лопастей.

Соредии – специализированные органы размножения. Эти клубочки состоят из клеток водорослей (1) и гиф гриба (2). Клубочки выходят на поверхность лишайника через раз рывы коры (3) и распространяются ветром

Органы вегетативного размножения, в которых происходит формирование клубочков, лишайники тоже «изобрели» совершенно самостоятельно – ничего похожего нет ни у грибов, ни у водорослей.