Как дышат водоросли под водой

Дыхание под водой с помощью водорослей: акваланг, в котором не кончается кислород

Дыхание под водой — то, чего очень не хватает человеку, влюбленному в океан. Благодаря Жаку-Иву Кусто у нас есть акваланг, с помощью которого можно на 15-20 минут почувствовать себя коренным обитателем глубин. Но и акваланг не совершенен: стоит только открыть рот от восхищения, как уже и пора всплывать. Но, возможно, продлить пребывание под водой, а то и сделать человека истинным подводным жителем поможет акваланг «Micro Algae Scuba» с микроводорослями, которые умеют вырабатывать кислород.

Акваланг для дыхания под водой

В советском утопичном бестселлере «Приключения Электроника» описывалось, как люди строят под водой города, станции, чуть ли не целую параллельную цивилизацию. Они чувствуют себя в океане как дома — благодаря искусственным жабрам. Как видите,дыхание под водой способно сделать человека хозяином трех четвертей планеты — но жабрами делу не поможешь.

Дыханию под водой поможет фотосинтез

Китайский новатор Liu Chia-Wei предлагает использовать в качестве «гаджета для легких» акваланг с микроводорослями: именно так переводится название проекта Micro Algae Scuba. Дело в том, что морские водоросли в 2-4 раза эффективнее, чем наземные растения: если честно, то именно океан, а вовсе не лес, заслуживает называться «зелеными легкими планеты». В ходе фотосинтеза они поглощают выдыхаемую человеком углекислоту и выделяют кислород.

Светодиодная лампа, фильтры, резервуары для газов

Внутри Micro Algae Scuba есть резервуар газа для дыхания (туда поступают из контейнера кислород и азот, и туда же идет углексилый газ из легких аквалангиста). Этот резервуар связан с главным рабочим элементом устройства для дыхания под водой: емкостью с водорослями. Внутри этой емкости — светодиод, излучающий в красном спектре. Его свет пригоден для фотосинтеза у водорослей. Кроме того, солнечные лучи поступают и сверху, через крышку акваланга. В итоге в емкости с микроводорослями возникает кислород, который снова поступает к резервуару для дыхания.

Схема устройства для дыхания под водой

Конечно, эта схема выглядит простой только в проекте: водоросли могут повести себя непредсказуемо, и тогда аквалангисту придется, солоно хлебнувши, всплывать. Но и приз за разработку такого акваланга огромен: в перспективе такие устройства длядыхания под водой могли бы не только помочь при занятиях подводной съемкой, но и сделать весь верхний слой океана настоящим домом для человека.

Акваланг для дыхания под водой Micro Algae Scuba

Источник

Строение водорослей

Водоросли относятся к низшим растениям, наиболее примитивным: у них отсутствует разделение организма на стебель, корень и листья. Спешу заметить, что термин «низшие растения» — отжившее понятие, использовавшееся в ботанике до второй половины XX века.

Современная биология не считает дифференциацию тканей определяющим различием, сейчас существенным считают фундаментальные различия в строение клеток, обмене веществ. Тем не менее, во многих устаревших пособиях этот термин используется, и я обязан предупредить вас о нем.

Наука о водорослях называется альгология (от лат. alga — морская трава, водоросль и греч. λόγος — учение).

Среди водорослей есть одноклеточные и многоклеточные, некоторые водоросли достигают в длину 100-200 метров. Способ питания водорослей автотрофный: они синтезируют органические вещества в процессе фотосинтеза. Солнечный свет, проходя через толщу воды, рассеивается, что делает фотосинтез с увеличением глубины все труднее и труднее. Поэтому кроме хлорофилла они часто имеют и другие пигменты.

Клетки водорослей характеризуются наличием клеточной стенки (из целлюлозы и гликопротеинов — от греч. glykys сладкий (углеводы) + греч. prōtos — первый, важнейший (белок)) Органоиды располагаются в цитоплазме (син. — внеядерной протоплазме), где также располагается(-ются) один или несколько хроматофоров. Размножение происходит бесполым, вегетативным или половым путем.

Тело водорослей представлено слоевищем (син. — талломом) — недифференцированным скоплением клеток. С помощью ризоидов (от др.-греч. ῥίζα — корень и εἶδος — вид) водоросли прикрепляются к субстрату (камням, коралловым полипам), функцию всасывания ризоиды не выполняют. У водорослей отсутствуют настоящие ткани, механических тканей нет, так как таллом водоросли поддерживается (парит) в толще воды. Нет проводящих тканей: каждая клетка имеет доступ к воде напрямую, так что в клетку из окружающей воды поступает кислород, а в воду удаляется углекислый газ.

Хроматофор (от греч. chroma — цвет и phoros — несущий) — органелла в клетке водоросли, аналогичная хлоропласту и осуществляющая фотосинтез. Отличается от хлоропласта упрощенным строением, меньшим размером и иным составом хлорофилла. Внешне отличаются между собой по форме, хроматофор может быть: чашевидный, спиралевидный, в виде незамкнутых колец, цилиндрические, лентовидные, дисковидные. В хроматофорах находятся пигменты, которые придают окраску растению.

Система вакуолей в клетках водорослей развита отлично, в подвижных клетках водорослей можно обнаружить пульсирующие (сократительные) вакуоли. Их основная функция — поддержание постоянного осмотического давления внутри клетки. Вообразите: в глубине океана находится клетка водоросли, в которую постоянно поступает много воды. Если бы не было таких сократительных вакуолей, то клетка просто лопнула бы, но их работа обеспечивает удаление избытка воды.

Также у многих подвижных водорослей в клетках присутствует светочувствительный глазок (стигма), что обуславливает их чувствительность к свету — фототаксис. Подвижные водоросли стремятся занять как можно более освещенное место, чтобы активно шел процесс фотосинтеза.

Жизненный цикл водорослей

Жизненные циклы водорослей разнообразны, обусловлены рядом экологических факторов. Мы разберем жизненный цикл на примере зеленой водоросли ульвы (морского салата).

Для начала отметим, что в целом жизненный цикл водорослей представляет собой чередование двух фаз: гаплоидной (гаметофита) и диплоидной (спорофита). Гаплоидной фазой называется фаза, при которой клеточные ядра содержат непарный (половинный) набор хромосом. К гаплоидной фазе всегда принадлежат гаметы: сперматозоиды, спермии (отличающиеся от сперматозоидов отсутствием жгутика), яйцеклетки.

При слиянии двух гамет: яйцеклетки (n) и спермия (n) образуется зигота (2n) из которой развивается спорофит (2n), таким образом, в спорофите восстанавливается диплоидный набор хромосом. В зооспорангии на спорофите в результате мейоза образуются зооспоры (n), которые делятся митозом, порастают и образуют мужские и женские гаметофиты (n). Клетки гаметофитов делятся митозом, образуются гаметы (n), которые сливаются в зиготу (2n), цикл замыкается.

Типы половых процессов

У водорослей выделяют несколько типов полового процесса:

• Изогамия — копулирующие элементы (гаметы) не отличаются друг от друга, подвижны
• Анизогамия — от греч. anisos неравный и gamos брак (гетерогамия) — при таком типе копулирующие элементы различаются по размерам, форме, величине, поведению
• Оогамия — от др. греч. ᾠόν яйцо и γάμος брак — копулирующие элементы резко отличаются друг от друга: крупная женская гамета без жгутиков обычно с мужской мелкой подвижной гаметой. Допустимо считать оогамию в некотором смысле подтипом анизогамии.

Особо стоит выделить тип полового процесса — конъюгацию. Конъюгация отличается тем, что сливаются не гаметы, а обычные вегетативные клетки, лишенные жгутиков. Клетки соединяются друг с другом с помощью боковых выростов, формируется копуляционный (конъюгационный) канал, по которому содержимое из одной клетки перетекает в другую — образуется зигоспора. В дальнейшем из зигоспоры развивается новая водоросль.

Отметим, что зооспора представляет собой подвижную клетку, которая способна двигаться в воде с помощью жгутиков. Образуется она в зооспорангии. Зооспора участвует в бесполом размножении у многих водорослей и простейших грибов. У некоторых водорослей имеются апланоспоры (гр. aplanes неподвижный + spora семя) — неподвижные безжгутиковые споры. Зооспоры и апланоспоры выходят в окружающую среду, разрывая стенки спорангия, в котором они находятся.

Значение водорослей

В Мировом океане водоросли составляют основную часть биомассы. Именно они являются главными продуцентами (производителями) органического вещества, преобразуя в ходе фотосинтеза энергию солнечного света в энергию химических связей. Значение водорослей для человека трудно переоценить: содержащиеся в них вещества необходимы для нормального роста и развития животных и человека (к примеру, морская капуста (ламинария) отличается большим содержанием йода.)

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Акваловер

Аквариумистика — аквариум новичкам, аквариум любителям, аквариум профессионалам

Дыхание водных растений

Самое читаемое

Одним из важных факторов жизни водных растений является их дыхание.

В процессе дыхания они поглощают кислород, выделяют в воду углекислый газ, а также получают энергию. Дыхание в жизни растений — не менее важный процесс, чем фотосинтез.
Водоемы насыщаются кислородом из воздуха, этот процесс идет особенно интенсивно при бурном движении воды: приливно-отливных течениях, перемешивании воды, шторме; а также кислород выделяется растениями в процессе фотосинтеза.

Один литр воды содержит в среднем 20 – 25 кубических см. растворенного воздуха, в котором кислорода не более 6 – 8 см. кубических. Если содержание растворенного кислорода падает до 0,3 – 0,5 см. кубических на 1 литр воды, то в водоеме погибает как высшая, так и низшая растительность.

В пресноводных и холодных водоемах газов растворено больше чем в теплых и солоноводных. Помимо всего прочего, газы поддерживают растения в вертикальном положении в воде. Если вода в водоеме резко теплеет, то в ней понижается растворимость газов, что может негативно сказаться на растениях.

Однако растения приспособлены к различным катаклизмам, например таким, как уменьшение количества кислорода в воде.
Листья и стебли многих водных растений поглощают воду вместе с растворенным кислородом всей своей поверхностью, благодаря специальному строению оболочек клеток.
Листья сильно расчленены, что опять же гарантирует большую площадь их соприкосновения с водой, а также развитие в органах растений воздушных протоков, по которым циркулирует воздух. Благодаря этой способности, корни многих водных растений служат лишь как органы прикрепления к грунту, либо баланса на водной поверхности (как например, у рясковых).

Однако не все водные растения могут поглощать воду с растворенным в ней кислородом всей своей поверхностью. По этому показателю они делятся на три типа:

— растения, поглощающие воду в основном корневой системой: криптокорины;

— растения, поглощающие воду корнями и листьями: апоногетоны, эхинодорусы;

— растения, поглощающие воду только листьями (или на 80-90% листьями): перистолистник, элодея.

Дыхание дает растениям энергию, необходимую для таких процессов как рост, цветение, плодоношение. Дыхание клеток растений идет непрерывно: и днем, и ночью.

Источник

Bio-Lessons

Образовательный сайт по биологии

Морские красные и бурые водоросли. Значение водорослей.

По сравнению с зелеными водорослями, встречающимися и в пресной, и соленой воде, бурые водоросли обитают только в соленых водах. Большая часть видов красных водорослей также обитают в соленой воде, но встречаются единичные виды, приспособившиеся к жизни и в пресных водах. Поэтому бурые и красные водоросли часто называют морскими водорослями.

Бурые и красные водоросли очень многочисленны. «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.

Бурые водоросли (рис 1), в отличие от зеленых, растут только в морях. Некоторые виды этих водорослей встречаются и в Казахстане, в Каспийском море.

Все бурые водоросли — многоклеточные. Их хроматофоры расположены близко к оболочке клетки и содержат хлорофилл, а также бурый пигмент (фукосантин), который позволяет поглощать рассеянные лучи на большой глубине.

Бурая водоросль ламинария растет на глубине 20-30 м. Ламинария прикрепляется к почве дна ризоидами. Это тонкие нитевидные многоклеточные выросты наружной оболочки. Таллом ламинарии плотный и массивный, его длина 1-5 (до 20) м. У видов, растущих в северных широтах, зимой он опадает.

Рис.1 Бурые водоросли

Красные водоросли (рис. 2) растут на большой глубине (100-270 м), используя рассеянный свет. На дне моря красные водоросли особенно выделяются своей окраской. В клетках красных водорослей запасаются жиры и углеводы (багрянковый крахмал).

Съедобная красная водоросль порфира с пластинчатым талломом растет у берегов морей, прикрепляясь к камням. Изучением водорослей занимается наука альгология.

Рис.2 Красные водоросли

Значение водорослей в природе.
1. Водоросли, растущие на дне, образуют заросли. Они служат укрытием для рыб и других морских животных, например морских ежей.
2. Водоросли, поглощая углекислый газ для фотосинтеза, выделяют кислород, необходимый для дыхания рыб и многих других живых организмов, обитающих в воде.
3. Водорослями питаются мелкие организмы, обитающие в воде, которые сами служат пищей для рыб. Водоросли — это единственные растения на просторах морей и океанов. Без них обеспечить пищей морских животных не смогла бы ни одна группа других морских организмов.
4. Являясь составной частью лишайников, водоросли способствуют образованию почвы в горных местностях.
5. Около 1,5 млрд лет назад фотосинтезирующие водоросли обогатили воздух кислородом, дав начало жизни растениям суши. Это обеспечило заселение поверхности Земли животными.

Значение водорослей в жизни человека.
1. Бурые и красные водоросли издавна используются в питании людей и на корм животных. В Китае и Японии водоросль порфиру специально выращивают в условиях, близких к природным, и в качестве овощей используют в пищу. Водоросль ламинария, известная как морская капуста, также употребляется в пищу. Она богата йодом, улучшает работу щитовидной железы человека, предотвращает такое заболевание, как зоб.

Хлорелла — уникальная водоросль, которая очень быстро размножается и имеет очень высокую эффективность фотосинтеза. Она широко используется в кормопроизводстве. В последнее время ее все чаще применяют в качестве добавки в корм крупного рогатого окота и птиц. Кроме того, ученые задумываются над тем, можно ли в космосе выращивать хлореллу, которая при фотосинтезе выделяет много кислорода и поглощает углекислый газ, и можно ли употреблять её в пищу? Ведь хлорелла содержит много белковых веществ и углеводов. Есть в ней жиры, минеральные соли и 13 разных витаминов. По содержанию витаминов ее приравнивают к лимонам.

Для решения подобных вопросов эта водоросль несколько раз побывала в космосе, где проводились специальные исследования. Они не дали положительных результатов. Во-первых, хлорелла растет в воде. Для выделения нужного количества кислорода необходимо большое количество и хлореллы, и воды, что значительно утяжелит космический корабль. Во-вторых, в условиях невесомости хлорелла должна выращиваться в герметически закрытых сосудах. В-третьих, ежедневное употребление хлореллы в пищу приводит к ухудшению здоровья. Пищеварительный тракт человека неспособен переваривать целлюлозную оболочку клеток хлореллы.

В Японии для увеличения количества источников питания человека при выпечке хлеба в муку добавляют богатую белками и витаминами измельченную хлореллу. В Израиле ведутся исследования по превращению крахмала хлореллы с помощью бактерий в горючее, которое может быть источником энергии.

2. Морские водоросли являются сырьем для многих отраслей промышленности. Из них получают йод, уксусную кислоту, целлюлозу, агар-агар (питательная среда, применяемая в научных лабораториях для выращивания бактерий, грибов и водорослей). Агар-агар применяют и в пищевой промышленности.
3. Водоросли, выброшенные на берег морскими волнами, используются в качестве удобрения. Их сушат и перемешивают с почвой. Они способствуют повышению урожайности винограда и других культур в садах и огородах.
4. Зеленые водоросли кладофоры используются в производстве бумаги.
5. Из створок диатомовых (кремнистых) водорослей (рис. 3) образуется горная порода диатомит, которая имеет промышленное значение.

Рис.3 Диатомовые водоросли

6. Отрицательным значением водорослей можно считать то, что некоторые из одноклеточных зеленых водорослей в стоячей воде начинают быстро размножаться и вызывают «цветение водоемов», при которых происходит замор рыбы.

Сточные воды полей, содержащие растворенные удобрения, а также сточные воды городов и других населенных пунктов загрязняют реки и озера. В загрязненных озерах постепенно исчезают зеленые водоросли и остаются только бактерии, цианобактерии и диатомовые водоросли, которыми водные обитатели не питаются. Очистка сточных промышленных и полевых вод от вредных химических веществ — один из эффективных способов защиты водорослей. Так, сточные воды Алматы проходят через 7 очистителей и впадают в озеро Сорбулак. Затем эти воды проходят еще 3 очистителя и попадают в реку Иле. Установка таких очистителей стоит очень дорого.

В природе встречаются множество видов, одно- и многоклеточных водорослей. Некоторые из них размножаются вегетативно, бесполым и половым путями. Подобно другим зеленым растениям они питаются органическими веществами, которые образуют сами в процессе фотосинтеза. При этом в воду выделяется газообразный кислород, столь необходимый всем водным организмам.

Зеленые водоросли (одноклеточные, колониальные и многоклеточные) распространены преимущественно в пресных водах, но есть и морские. Бурые водоросли растут во всех морях. Это многоклеточные и, в основном, крупные водоросли. Нередко они образуют большие заросли. Используются в пищу, на корм скоту, в медицине и др. Красные водоросли (багрянки) обитают в морях на большой глубине.

Водоросли изучает альгология. Это один из многих разделов науки о растениях — ботаники.

Водоросли последнее время все чаще применяют в качестве добавки в корм крупного рогатого скота и птиц.

При гниении водорослей и других организмов, обитающих в воде, образуется ил. Он является хорошим удобрением при выращивании сельскохозяйственных культур. Эти водоросли также служат пищей для многих обитателей водной среды.

Источник