Aļģes: definīcija, bioloģija, fotosintēze un veidi
Aļģes (viena aļģe, bet vairākas aļģes) ir augiem līdzīgas dzīvas radības, kas fotosintēzes ceļā var iegūt pārtiku no saules gaismas. Aļģu pētniecību sauc par fitoloģiju vai algoloģiju. Termins “aļģes” aptver plašu organismu loku — no vienšūnu mikroskopiskām formām līdz daudzu metru garām jūras brūnalgēm.
Šis termins attiecas uz dažādiem fotosintētiskiem organismiem, un daudzi no tiem nav cieši saistīti. Tie ir polifila grupa — tas nozīmē, ka aļģes nav viena vienota evolūcijas cilts, bet sastāv no vairākām neatkarīgām grupām, kuras attīstījušās atsevišķi.
Šis termins apvieno daudzus dažādus organismu veidus. Tiem kopīgs ir tikai tas, ka tie ir autotrofi: savu formu veidošanai tie izmanto dabiskus enerģijas avotus un vienkāršus neorganiskus materiālus. Tā kā tie nav vaskulāri augi, tiem nav tādas šūnu un audu struktūras kā sauszemes augiem. Tas ir ērts, bet ļoti brīvs termins. Tikai pēdējos gados ir kļuvis skaidrs, cik atšķirīgas ir daudzās aļģu sugas.
Morfoloģija un izmēri
Aļģu formas ir ļoti dažādas:
- Vienšūnu aļģes — mikroskopiskas, dažreiz kolonijās (piem., Daudzas zaļās aļģes, diatomas).
- Daudzzītu (multicelulāras) aļģes — pavedienveidīgas vai lapiņveidīgas struktūras.
- Lielo aļģu formas — piemēram, brūnalgas (jūras brūnie ribiņi) var sasniegt vairākus metrus garumu.
Pigmenti un fotosintēze
Aļģes izmanto dažādus fotosintēzes pigmentus, kas nosaka krāsu un gaismas absorbciju:
- hlorofils a — sastopams visās fotosintētiskajās aļģēs;
- hlorofils b un c — atšķirīgās grupās (piem., zaļalgās hlorofils b, brūnalgas izmanto hlorofilu c kopā ar karotinoīdiem);
- fikobilīni — sarkanalgām un cianobaktērijām, kas ļauj izmantot siltākas sarkanās gaismas daļas;
- karotinoīdi — papildu aizsardzībai pret pārmērīgu gaismu un brīvo radikāļu iedarbību.
Taksonomija un galvenās grupas
Aļģes tradicionāli iedala vairākās grupās pēc pigmentiem, šūnu struktūras un bioķīmijas. Galvenās grupas (vienkārši uzskaitot) ietver:
- Zaļalgas (Chlorophyta) — bieži saistītas ar sauszemes augiem;
- Sarkanalgas (Rhodophyta) — satur fikobilīnus, daudzas no tām veido korallrifi;
- Brūnalgas (Phaeophyceae) — lielākas jūras aļģes, satur fukoksantīnu;
- Diatomas (Bacillariophyta) — vienšūnu silīcija čaulā, svarīgas jūras primārās ražotājas;
- Cianobaktērijas (bieži sauktas par zilzaļajām aļģēm) — prokariotu grupa, kas fotosintēzi veic līdzīgi augiem, bet nav īstas eikariotas aļģes.
Dzīves vide un ekoloģiskā loma
Aļģes dzīvo gandrīz visur, kur ir gaisma un mitrums: jūrās, upēs, ezeros, mitrās augsnēs, uz klintīm un pat uz sniega. Tās:
- ir pamatproducenti ūdens ekosistēmās — uztura pamatā zivīm un citiem dzīvniekiem;
- ražo lielu daļu atmosfēras skābekļa;
- veicina oglekļa piesaisti (dažas sugas veido lielus organiskos depozītus);
- var veidot HAB (Harmful Algal Blooms) jeb kaitīgas uzplaukšanas, kas atbrīvo toksīnus vai patērē skābekli, radot bojāeju ūdens organismiem.
Simbiozes un evolūcija
Aļģes veido simbiozes attiecības, piemēram, likenēs (sēne + aļģe vai cianobaktērija) un daudzu jūras organismu, piemēram, korāļu, plastidu izcelsme ir saistīta ar endosimbiozi. Plastidu (hloroplastu) evolūcija ir svarīgs piemērs, kā aļģu un citu organismu mijiedarbība veidoja jaunas grupas.
Cilvēka izmantošana un nozīme
Aļģes ir svarīgas arī cilvēkam:
- pārtikā — nori, wakame, kombu; sarkanalgas izmanto pārtikas biezināšanai (agar, karagēns);
- audzēšanā (akvakultūrā) — kā barība un kā augsnes uzlabošanai paredzēts produkts;
- biotehnoloģijā — bioloģiskie degvielas (biotilpnes), biomateriāli, farmaceitiskie savienojumi;
- ūdens attīrīšanā — daudzas aļģes izmanto notekūdeņu attīrīšanas reaktoros, lai noņemtu barības vielas;
- skaistumkopšanā un kosmētikā — ekstrakti ar mitrinošām un antioksidanta īpašībām.
Apdraudējumi un pārvaldība
Globālās sasilšanas, piesārņojuma un izmaiņu okeānu ķīmijā ietekmē aļģu sastāvu un uzvedību. Dažviet pieaug kaitīgo uzplaukumu biežums. Lai samazinātu riskus, svarīga ir barības vielu (slāpeklis, fosfors) plūsmas kontrole, bioloģiskie monitoringi un ilgtspējīga jūras resursu apsaimniekošana.
Secinājums
Aļģes ir ārkārtīgi daudzveidīga un ekoloģiski nozīmīga organismu grupa. Lai gan tās ir augiem līdzīgas un veic fotosintēzi, aļģu taksonomija un bioloģija ir sarežģīta un daudzslāņaina. Pētījumi fitoloģijas/algoloģijas jomā turpina atklāt jaunas sugas, to pielāgošanās mehānismus un iespējas cilvēces nepieciešamību apmierināšanai, vienlaikus liekot akcentu uz to ilgtspējīgu un atbildīgu izmantošanu.
Dinobryon , koloniāla aļģe no Chrysophyceae grupas
Jūras aļģes (Laurencia) tuvplānā: "zari" ir daudzšūnu un tikai aptuveni 1 mm biezi. Daudz mazākas aļģes ir piestiprinātas pie struktūras, kas stiepjas uz augšu labajā apakšējā ceturtdaļā.
Fitoplanktona ziedēšana Atlantijas okeāna dienvidu daļā pie Argentīnas krastiem
Bioloģija un taksonomija
Aļģes ir liela un daudzveidīga vienkāršu, parasti autotrofisku organismu grupa. Dažām ir viena šūna, citām - daudzas šūnas. Lielākās un sarežģītākās jūras aļģes sauc par aļģēm. Tās ir līdzīgas augiem un ir "vienkāršas", jo tām nav daudzu atšķirīgu orgānu, kas sauszemes augiem ir raksturīgi. Šā iemesla dēļ tās nav klasificētas kā augi.
Lai gan senākās mācību grāmatās prokariotiskās cianobaktērijas (agrāk dēvētas par zilaļģēm) tika iekļautas kā "aļģes", tagad tā nav. Tagad termins aļģes tiek lietots eikariotiskiem organismiem. Visām īstajām aļģēm ir kodols membrānā un hloroplasti vienā vai vairākās membrānās. Tomēr aļģes noteikti nav monofilētiska grupa, jo tās visas nav cēlušās no kopīga aļģu priekšteča. Mūsdienu taksonomisti ierosina tās sadalīt monofilētiskās grupās, taču ne visi ir vienisprātis, kā to darīt.
Aļģēm nav tādu struktūru kā sauszemes augiem, piemēram, lapu, sakņu un citu orgānu. Gandrīz visām aļģēm ir daļas, kas veic fotosintēzi tāpat kā cianobaktērijas. Atšķirībā no citām fotosintezējošām baktērijām, piemēram, violetajām un zaļajām baktērijām, tās ražo skābekli. Dažas vienšūnu sugas izmanto tikai ārējos enerģijas avotus un tām ir ierobežotas fotosintētiskās daļas vai to nav vispār.
Vindhjas baseina fosilizētās pavedienveida aļģes ir datētas ar laiku pirms 1,6 līdz 1,7 miljardiem gadu.
Aļģu veidi
Zemāk ir minēti daži svarīgi aļģu veidi. Saraksts nav pilnīgs.
- Zaļās aļģes: tās tiek uzskatītas par augiem, jo tās izmanto tāda paša veida hlorofilu kā zaļie augi. Tiek pieņemts, ka starp zaļajām aļģēm un zaļajiem augiem pastāv evolūcijas radniecība.
- Sarkanās aļģes: saules gaismas enerģijas uztveršanai izmanto sarkanu pigmentu, tāpēc tiek uzskatīts, ka tās ir attīstījušās atsevišķi no zaļajiem augiem.
- Brūnās aļģes: izmanto hlorofilu a, bet tām ir vairākas citas bioķīmiskas atšķirības. Arī tās netiek uzskatītas par zaļajiem augiem.
- Dzeltenzaļās aļģes: Xanthophyceae.
- Zelta aļģes: Chrysophyceae.
Dzīvesveids
Ekoloģija
Aļģes parasti ir sastopamas mitrās vietās vai ūdenī, un tās ir izplatītas gan uz sauszemes, gan ūdenī. Tomēr aļģes uz sauszemes parasti ir neuzkrītošas un daudz biežāk sastopamas mitros, tropiskos reģionos nekā sausos. Aļģēm nav vaskulāro audu un citu pielāgojumu, lai dzīvotu uz sauszemes, taču tās var izturēt sausumu un citus apstākļus simbiozē ar sēnītēm kā ķērpji.
Dažādām aļģu sugām ir nozīmīga loma ūdens ekoloģijā. Mikroskopiskās formas, kas dzīvo ūdens slānī, sauc par fitoplanktonu. Tās nodrošina barības pamatu lielākajai daļai jūras barības ķēžu. Kļavas aug galvenokārt seklos jūras ūdeņos. Dažas no tām izmanto cilvēku pārtikā vai ievāc agaram vai mēslojumam. Kelpas var augt lielās audzēs, ko sauc par kelpu mežiem. Šie meži novērš daļu viļņu radīto postījumu. Tajās dzīvo daudzas dažādas sugas, tostarp jūras eži, jūras ūdri un abaloni.
Dažas aļģes var kaitēt citām sugām. Dažas aļģes var daudz vairoties un radīt aļģu ziedēšanu. Šīs aļģes var radīt aizsargājošus toksīnus, kas ūdenī nogalina zivis. Dinoflagelates veido savienojumu, kas zivju gaļu pārvērš gļotās. Tad aļģes apēd šo barojošo šķidrumu.
Symbiosis
Aļģēm ir izveidojušās vairākas simbiotiskas partnerattiecības ar citiem organismiem. Vispazīstamākais no tiem ir augiem līdzīgie ķērpji, kurus veido sēne ar aļģi. Tā ir ļoti veiksmīga dzīves forma, un ir zināmas divdesmit tūkstoši "sugu". Visos gadījumos ķērpji pēc izskata un dzīvesveida būtiski atšķiras no abām sastāvdaļām; iespējams, tā ir vispilnīgākā zināmā simbioze. Abi komponenti iegūst no piekļuves nišām ar zemu barības vielu vērtību, kurās sastopami ķērpji.
Mazāk zināmas ir aļģu attiecības ar dzīvniekiem. Rifus veidojošie koraļļi būtībā ir sociāli polipi. Koraļļi ir atkarīgi no gaismas, jo aļģes ir svarīgi partneri, un tām nepieciešama gaisma. Koraļļi ir izveidojuši struktūras, kas bieži vien atgādina kokus, kas aļģēm nodrošina maksimālu piekļuvi gaismai. Koraļļi vājina aļģu šūnu sieniņas un sagremo aptuveni 80 % aļģu sintezētās barības. Koraļļu atkritumprodukti nodrošina barības vielas aļģēm, tāpēc, līdzīgi kā ar ķērpjiem, abi partneri gūst labumu no šīs savienības. Aļģes ir zeltaini brūnas bārkstainās aļģes, bieži vien Symbiodinium ģints aļģes. Interesanta partnerattiecību iezīme ir tā, ka koraļļa var izspiest aļģes grūtos laikos un vēlāk tās atgūt. Aļģu partnera izmešanu sauc par balināšanu, jo koraļļa zaudē krāsu. . p200
Aļģes satur arī citi Cnideria veidi, piemēram, jūras anemones un medūzas. Medūzas ar aļģēm uzvedas tā, lai to partneri dienā saņemtu vislabāko gaismu, bet naktī nolaižas dziļumā, kur ūdens ir bagāts ar nitrātiem un brūns no pūšanas. Arī jūras gliemeži un gliemenes ir labi pazīstamas ar to, ka tajās mīt aļģes. Abas grupas ir gliemji. Jūras gliemeži pārtiek no koraļļiem, un tie ir tādas pašas krāsas kā koraļļi, kurus tie pārtiek. Tās spēj atdalīt aļģes no polipu audiem, ko tās sagremo. Aļģu šūnas tiek pārvietotas uz gliemeža taustekļiem, kur tās turpina dzīvot. Citādi neaizsargātais gliemezis iegūst gan maskēšanos, gan uzturu.p204 Milzu gliemezis aļģes glabā savā apvalkā, kas atklājas, kad gliemezis ir atvērts. Krāsainajā apvalkā ir vietas, kur āda ir caurspīdīga, un tā darbojas kā lēca, koncentrējot gaismu uz zem tās esošajām aļģēm. Kad aļģu kļūst pārāk daudz, gliemene tās sagremo.p203 .
Dažādām citām jūras bezmugurkaulnieku grupām ir pārstāvji, kas simbiozē ar aļģēm. Divas šādas grupas ir plakanās tārpenes (platihelminti) un polihaetas tārpi (annelīdi).
Nudibranšs Pteraeolidia ianthina satur aļģes, kas fotosintezējas un nodrošina mīkstmiešus ar pārtiku.
Jautājumi un atbildes
J: Kā sauc aļģu pētniecību?
A: Aļģu pētniecību sauc par fitoloģiju vai algoloģiju.
J: Vai visi aļģu veidi ir cieši saistīti?
A: Nē, šis termins attiecas uz dažādām grupām, un ne visas tās ir cieši saistītas. Tās ir polifītiska grupa.
J: Cik senas ir aļģes?
A: Aļģes ir ļoti senas un pastāvēja ilgi pirms citiem augu veidiem. Tās aizsākās mezoproterozojā, pirms vairāk nekā tūkstoš miljoniem gadu.
J: Vai visi aļģu veidi izmanto plastīdus?
A: Jā, šķiet, ka tās visas izmanto plastīdus, kas radušies no cianobaktērijām.
J: Kā aļģes iegūst barību?
A: Aļģes iegūst pārtiku no saules gaismas fotosintēzes ceļā.
J: Kas kopīgs visiem aļģu veidiem?
A: Visiem aļģu veidiem kopīga ir to, ka tās ir autotrofas; tās izmanto dabiskus enerģijas avotus un vienkāršus neorganiskus materiālus.
J: Ar ko sauszemes augi atšķiras no tādiem bezasinsvadu augiem kā aļģes?
A: Nevaskulāriem augiem, piemēram, aļģēm, nav tādas struktūras kā sauszemes augiem, tāpēc tieši tas tos atšķir vienu no otra.
