Хламидомонада - строение, цикл развития и классификация одноклеточных водорослей

Основные понятия

Хламидомонада — представитель одноименного класса, порядка, вида и рода, имеет непосредственное отношение к водорослевым культурам вольвоксного одноклеточного типа. Растение настолько живуче, что ему практически без разницы, где обитать, поэтому встретить хламидомонаду можно в любом водоеме, начиная с теплых топей и заканчивая горными холодными реками. Некомфортной средой обитания для одноклеточного организма является соленая вода, поэтому он не развивается в озерах, морях и океанах, хотя и тут встречаются свои исключения из правил, пусть и в небольшом количестве.

Общие характеристики

Крошечные размеры (до 44 мкм в длину и 28 мкм в ширину) не препятствуют быстрому перемещению микроорганизма в воде. Напротив, два жгутика, которые буквально ввинчиваются в водную толщу, в совокупности с гладкой поверхностью круглого или грушевидного тела одноклеточного позволяют ему активно передвигаться в любом направлении. Поскольку для нормального развития этого микроорганизма необходим свет, так как его стигма очень чувствительна к этому источнику питания и принимает активное участие в процессе фотосинтеза, то хламидомонада практически всегда движется в эту сторону.

Очень часто водоросль путают с другим микроскопическим обитателем водоемов — хлореллой, однако при более глубоком изучении обоих видов выясняется, что они имеют несколько существенных различий. Речь идет об устройстве этих примитивных организмов, которое у хлореллы, не имеющей облегчающих передвижение жгутиков, красного глазка, вакуолей и оболочки, гораздо проще, чем у хламидомонады. Что касается последнего вида водорослевых, то его можно охарактеризовать следующими признаками:

• высокий уровень активности и подвижности;
• наличие двух длинных жгутиков, которые нередко выходят за пределы тела микроорганизма;
• внутриклеточный чувствительный к свету глазок, именуемый стигмой;
• две сократительные вакуоли;
• зооспоры, то есть споры со жгутиками;
• способность размножаться половым путем в случае негативного воздействия внешней среды.

Использование сократительных вакуолей позволяет простейшему осуществлять регуляцию осмотического давления. Реагирование глазка на свет обусловлено внутренним накоплением большого количества гематохрома — красного пигмента. Процесс передвижения хламидомонады к солнечным лучам, в котором задействованы жгутики, именуется фитотаксисом.

Клеточный хлоропласт занимает бо́льшую часть внутреннего пространства, образуя некое подобие мягкой чаши для накопления крахмала. Его оболочка состоит из гликопротеиновых кислот, богатых гидроксипролином (нестандартными аминокислотами). Присутствуют в клеточной стенке растения также моно- и олигосахариды в растворимом виде, а вот целлюлоза здесь не обнаружена.

Строение и питание

В природе чаще всего встречаются хламидомонады слегка вытянутой формы, напоминающей грушу, хотя бывают и круглые экземпляры. За пектиновой оболочкой этого одноклеточного, как и полагается, находится цитоплазма, размещающая в себе все основные элементы клетки. Микроорганизм включает в себя следующие жизнеобеспечивающие составляющие:

• оболочка или клеточная стенка, которой нет у хлореллы и многих других простейших;
• цитоплазма;
• чашеобразный хроматофор;
• сократительные вакуоли, одна из которых находится непосредственно в цитоплазме, а другая — в хроматофоре, представляя собой пиреноид в крахмальной оболочке;
• стигма;
• большое ядро и ядрышко в нем;
• два жгутика, способствующие передвижению простейшего.

Определяющее значение в жизнедеятельности хламидомонады играют чувствительные фоторецепторы (красные органоиды или глазки), остро реагирующие на свет, а также хроматофор, отвечающий за фотосинтез и накопление крахмалистых частиц, берущих в плотное кольцо шарообразный пиреноид, который является хранилищем всех запасов органических веществ.

Основное предназначение двойной пульсирующей вакуоли, расположенной между жгутиками, сводится к удалению всех накапливающихся в микроорганизме излишков влаги. Строение хламидомонады не представляет собой ничего сложного, более подробно ознакомиться с ним поможет рисунок из любой книги по биологии.

Дыхание микроорганизма осуществляется не каким-то единым органом, а всей его оболочкой, которая поглощает растворенный в воде кислород. В то же время питание этого представителя отдела зеленых водорослей может осуществляться двумя путями:

1. Автотрофный, то есть синтез органических веществ из неорганических. Проще говоря, автотрофное питание представляет собой процесс фотосинтеза, участие в котором автоматически ставит микроорганизм на первую ступень пищевой пирамиды в биосфере. Особенности светочувствительной хламидомонады таковы, что водоросль способна усваивать до 2% солнечной энергии во многом благодаря наличию ионных каналов, способных мгновенно реагировать на свет. Под этими каналами подразумеваются порообразующие транспортные белки, способные учитывать разность потенциалов, всегда существующих внутри клетки и за ее пределами.
2. Второй тип питания хламидомонады — гетеротрофный, который осуществляется посредством пиноцитоза. Этот процесс имеет свойство происходить по двум схемам, одна из которых предполагает поглощение клеткой жидкости, богатой органическими веществами, а вторая подразумевает питание содержимым макромолекул.

Примечательно, что захват частиц, характерный для гетеротрофной схемы питания, простейшее осуществляет выпячиванием отдельных участков своего тела. Благодаря этой особенности микроорганизм имеет свойство отличаться от других видов класса, в результате чего ученые не могут до конца определиться со статусом хламидомонады, относя ее и к животным, и к растениям.

Размножение и жизненный цикл

Взрослая особь этого одноклеточного микроорганизма имеет n-гаплоидный набор хромосом, развиваясь из спор аналогичного набора путем митоза. Такой же набор имеет место в гаметах, которые происходят от хломидомонадной клетки с помощью митоза. Эта особенность позволяет простейшему размножаться как бесполым, так и половым путем, при этом из двух возможных преобладать будет первый вариант.

Процесс размножения хламидомонады представлен в таблице с приведенными в ней этапами, напрямую зависящими от выбранного способа репродуктивной деятельности.

Процесс воспроизведения следующего поколения половым путем запускается только в том случае, если хламидомонада попадает в неблагоприятную среду. Кроме того, существует несколько разных видов простейших (оогамные, изогамные, гетерогамные), способ размножения которых также может существенно отличаться друг от друга. К примеру, в оогамных микроорганизмах происходит формирование крупной женской яйцеклетки и множества мелких мужских сперматозоидов, в результате чего оплодотворение осуществляется в пределах одной клетки.

В норме жизненный цикл хламидомонады происходит при помощи спор, причем процесс этот протекает очень быстро. Перезимовавшая зигота проходит стадию мейоза, для которой характерным является деление эукариотического клеточного ядра с уменьшением хромосом в два раза и образованием новых зооспор. Из последних и развиваются новые особи. Все этапы их развития, если не считать зигот, являются гаплоидными, то есть способными сохранять одинаковое число хромосом в ядре одноклеточного или во всех ядрах многоклеточного организма.

Польза и значение в аквариуме и природе

Зона распространения хламидомонады гораздо шире, чем можно подумать. Эта зеленая водоросль встречается везде — в открытых водоемах, аквариумах, цветочных горшках, в заплесневевших уголках стен и даже на снегу. В последнем случае речь идет о самых стойких и живучих микроорганизмах, способных переносить критически низкие температуры и окрашивать поверхность ледяной корки собственным пигментом. Именно поэтому снег с распространяющимися по нему хламидомонадами зачастую приобретает не только зеленый, но и желтый, бурый и даже красный оттенок.

Главное условие распространения микроорганизма — цветение воды, которое наблюдается при длительном ее застое. Неудивительно, что в случае редкой ее смены стенки аквариумов, искусственных прудов и бассейнов начинают покрываться зеленым налетом. Кроме того, подобные отложения наблюдаются во влажной среде в случае постоянного нахождения на солнце. Если в естественных условиях от хламидомонады одна только польза, то в аквариумах и в быту она может способствовать распространению болезнетворных бактерий, являясь для них пищей.

Можно связать появление водорослей в аквариуме с запуском в него новых жителей, которые могут принести микроорганизмы на себе. Избежать этого поможет недельный карантин, после которого рыбок можно смело пускать в общий аквариум. Слишком большое количество зеленых водорослей считается опасным и для естественных водоемов, которые рискуют превратиться в болотистые топи. В этом случае рекомендуется проводить регулярную чистку и дезинфекцию воды (перекисью водорода для аквариума и более сложными смесями для больших емкостей).

У этой медали есть и обратная сторона, ведь мало кто знает, что хламидомонада способна питаться всевозможными отходами, держась на поверхности воды до полного ее очищения и лишь потом возвращаясь на дно. Именно поэтому некоторые специалисты охотно используют бактерию для очищения загрязненных водоемов, следя за тем, чтобы ситуация не выходила из-под контроля.

Зеленым водорослям можно найти и другое полезное применение. Например, практикуется их искусственное выращивание в специальных лабораториях для изучения некоторых важных генетических вопросов и определения степени токсичности исследуемых образцов воды.