2.16: Діатомові водорості - одноклітинні фотосинтетичні водорості

Last updated
Save as PDF

Page ID: 7142

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Діатомові водорості

Діатомові водорості є філумом одноклітинних фотосинтетичних водоростей і є групою, значущою для їх унікальної структури та екології.

діатом під мікроскопом — Діатомові викопні

Таксономія і філогенія

Діатомові водорості представляють окрему групу, але розміщення діатомової групи є проблематичним як з точки зору рівня (філум або клас), так і з точки зору філогенії (тобто з ким вони згруповані). Вони можуть бути поміщені в «різне» царство, протистське королівство, яке є практичним, але не філогенетично точним. Вони мають спорідненість до кількох інших груп, зокрема до бурих водоростей. У ряді таксономічних схем вони розміщуються в групі під назвою «гетероконти», іноді в королівстві «Chromista», а іноді в Ochrophyta phylum. Групи, які іноді пов'язані з ними, включають «золотисто-бурі» водорості, бурі водорості та деякі нефотосинтетичні форми, зокрема водяні цвілі (Oomycota). Зараз вважається, що група виникла з ендосимбіотичної асоціації червоних водоростей (еукаріот) з іншим еукаріот і що хлоропласти діатомових водоростей та споріднених груп являють собою похідні червоних водоростей.

Оскільки самі червоні водорості (як і всі еукаріоти), як вважають, виникли внаслідок ендосимбіотичної події (це вважається первинною ендіосимбіотичною подією), ендосимбіоз, який виробляв діатомові водорості, вважається «вторинним ендосимбіозом». Докази цього можна знайти в мембранній системі хлоропластів. Хлоропласти червоних водоростей, зелених водоростей та рослин мають дві мембрани, одна з яких вважається похідною від прокаріотичного симбіонту, ціанобактерії (= синьо-зелені водорості), і одна походить від господаря, який охопив його (фагосомна мембрана (мембрана, яка оточує поглинену частинку). Хлоропласти діатомових водоростей (і групи, які, як вважають, пов'язані з ними) мають чотири мембрани. Дві «додаткові» мембрани являють собою зовнішню мембрану охоплених червоних водоростей плюс фагосомну мембрану другого ендосимбіотичного події. Вважається, що діатомові водорості та група гетероконт/хроміста/охрофітів в цілому мають відносно недавнє походження, очевидно, після походження червоних водоростей, а також після походження рослин. Забарвлення діатомових водоростей, а фотосинтетичних членів групи гетероконт/хроміста/охрофітів в цілому бура або жовто-коричнева (охра - жовтий/коричневий колір) і походить від присутності іншого пігменту, хлорофілу c, крім хлорофілу а.

Структура

Діатомові водорості одноклітинні, і як і більшість (але не всі!) одноклітинні організми, вони невеликі, як правило, розміром 20-100 мкм, і видно лише неозброєним оком як пил. Вони мають клітинну стінку з унікальним (в біологічному плані) складом, що складається з діоксиду кремнію, дуже поширеного мінералу (кварц - діоксид кремнію, таким чином скло і (більшість) піску мають однаковий склад). Клітинні стінки більшості організмів, як правило, полісахаридні в природі (тобто на основі вуглецю). Таким чином, більшість клітинних стінок будуть вважатися «органічними», якщо визначити органічні на основі вуглецю (як це роблять більшість хіміків); але якщо вважати «органічним» означає, що стосується живих істот, то діоксид кремнію іноді є органічним, але лише рідко, оскільки лише кілька інших груп організмів використовують матеріал за своєю структурою (див. Хвощі). Ще однією відмінною особливістю клітинної стінки діатомових водоростей є те, що вона складається з двох окремих частин («frustules»), «верхньої» половини, яка трохи більше і чиї сторони перекривають «нижню» половину, так само, як верхня частина взуттєвої коробки підходить над дном. Фрустула «скульптурна» з дрібними порами, які надають їй дуже декоративний вигляд. Діатомові водорості бувають двох основних форм: радіально симетричні форми (зображення у верхній частині першої сторінки) та двосторонньо симетричні форми, як зображення на початку цього розділу. Коли діатом гине, дві половини відокремлюються, а верхня і нижня, складаються з дуже стійкого матеріалу, стійкого до розкладання, осідають на дно водойми, в якій жив діатом, і стають частиною осаду. Більшість діатомових водоростей існують як окремі окремі клітини, але деякі з них є колоніальними, що є наслідком нездатності знову вироблених клітин відокремлюватися від батьківської клітини.

Діатомова водорость (клас Bacillariophyceae) Achnanthes trinodis під скануючим електронним мікроскопом.

розмноження

Діатомові водорості зазвичай розмножуються безстатевим шляхом мітозу. Дві кісточки відокремлюються, кожна з ядром і цитоплазмою. Кожна дочка будує нову ярочку, а нова насінниця завжди нижня (менша). Це означає, що одна дочірня комірка (що виходить з «вершини») має той самий розмір, що і оригінал, а інша трохи менша. Таким чином, з часом розмір популяції діатомових водоростей стає меншим. Для більшості діатомових водоростей, коли вони скорочуються до 1/3 максимального розміру, запускається статеве розмноження, і в процесі виробляється максимальний розмір.

Статеве розмноження вимагає, щоб нормально диплоїдне ядро піддавалося мейозу. У центричних діатомових водоростях мейоз призводить до двох типів гамет. Одна клітина, яка піддається мейозу, буде виробляти одну або дві більші, нефлагелеві l ated gametes (яйцеклітини), або вона буде виробляти 4-128 менших джгутикових клітин (сперматозоїдів). Мейоз призводить до чотирьох дочірніх ядер - клітини, які виробляють яйцеклітини, зазвичай втрачають два-три дочірніх ядра і, таким чином, виробляють одну або дві яйцеклітини, тоді як клітини, які виробляють сперму, мають мейоз з подальшим нульовим до п'яти раундів мітозу, виробляючи від 4 до 128 сперматозоїдів. Сперма плаває, щоб запліднити яйцеклітини, які іноді виділяються з батьківської клітини. При сингамії утворюється структура, яка називається ауксоспорою, яка розширюється для отримання максимального розміру d клітини. Для більшості вимпелів діатомових водоростей статеве розмноження не передбачає рухомих сперматозоїдів. Дві клітини зливаються одна з одною і зазнають скоординованого мейозу та руху гаплоїдних ядер, що дозволяє виробляти одну або дві ауксоспори на пару клітин.

Матерія і енергія

Діатомові водорості є фотосинтетичними і є типовими автотрофами, використовуючи енергію сонця для зменшення вуглецю та накопичення вуглеводів, і використовуючи енергію, отриману в результаті окислення вуглеводів (тобто дихання), для виконання різноманітних життєвих функцій, включаючи придбання та накопичення інші елементи, необхідні для життя. Хоча, як і все життя, вони вимагають N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Ni, B, Cl, вони також вимагають як мінімум двох інших елементів - кремнезему і селену, чого багато організмів (зокрема, більшість рослин) не вимагають.

Кілька діатомових водоростей гетеротрофні і отримують відновлений вуглець та інші матеріали, поїдаючи інші організми.
Діатомові водорості зазвичай зберігають зменшений вуглець, принаймні для тривалого зберігання, як ліпіди, а не вуглеводи, як це роблять рослини. Це важливо для їх розподілу, оскільки ліпіди забезпечують плавучість і можуть дозволити організмам залишатися на верхніх рівнях водойми, яка отримує більше сонячного світла.
Можливо, важливо, що діоксид кремнезему стінки діатомових водоростей потребують значно меншої енергії для побудови, ніж клітинні стінки на основі вуглеводів більшості інших організмів зі стінками, зокрема інших одноклітинних водоростей. Деякі стверджували, що це причина того, що діатомові водорості іноді домінують у фітопланктонній спільноті.

Взаємодії

Ось декілька з багатьох взаємодій, пов'язаних з діатомовими водоростями:

глобальна екологія —За оцінками, діатомові водорості становлять понад 40% виробництва кисню в океані та відновленого вуглецю. Тому група має дуже суттєвий вплив на важливі біогеохімічні цикли, зокрема для кисню та вуглецю, а також на мінеральні поживні речовини та кремнезем.
база водних харчових ланцюгів - діатомові водорості є ключовим компонентом фітопланктонових спільнот, які служать «їжею» для гетеротрофів у цих середовищах. Коли ви їсте лосось, форель або тунець, ви споживаєте принаймні деякі органічні матеріали, які були утворені діатомовими водоростями і передані через ряд трофічних рівнів, перш ніж стати частиною риби, яка була ваша їжа.
конкуренція з іншими фітопланктоном —діатомові водорості взаємодіють з низкою інших одноклітинних водоростей конкурентно (тобто діатомові водорості негативно впливають на чисельність популяції та темпи росту інших водоростей). Принаймні в деяких випадках кремній відіграє важливу роль у цій взаємодії, якщо діоксид кремнію є достатком, діатомові водорості здатні перевершити інші водорості, якщо діоксид кремнію дефіцитний діатомові водорості переважають.
розвиваються спільноти - колоніальні діатомові водорості зазвичай утворюють плівку як на біотичних (інші водорості, раковини равликів), так і на абіотичних (скелі, корпуси човнів) поверхнях. Слиз, що виділяється діатомовими водоростями, утримує колонію разом, а в плівці живуть різноманітні інші організми, бактерії, інші водорості, нематоди тощо.
економічна взаємодія з людиною —діатомові водорості важливі для людських починань різними способами, окрім їх важливості для глобальної екології:
- діатомові водорості іноді викликають токсичне цвітіння s http: //www.mbari.org/staff/conn/ботані/діатоми/jennifer/toxin.htm
- кісточки діатомових водоростей, що зберігаються в відкладеннях і гірських породах, отриманих з відкладень, називається «діатомовою землею» і має ряд промислових застосувань: як пористий фільтр (наприклад, в акваріумах), як абразив (наприклад, в зубній пасті), як механічний інсектицид , Як може поглинати е не, як стабілізатор, змішаний з нітрогліцерином, що утворює динаміт.