Хламидомонада особенности строения, общая характеристика, значение в биологии

Общая характеристика

Биология по современной научной классификации относит хламидомонаду к вольвоксовым одноклеточным водорослям. Она входит в отдел зеленые водоросли царства растений.

Отличается микроскопическими размерами, не превышающими в длину 44 мкм, в ширину – 28 мкм, и подвижными жгутиками. Оболочка организма гладкая, без выростов.

Строение хламидомонады типично для большинства одноклеточных. Хроматофоры отдельных видов содержат особые включения – пиреноиды.

Стигма растения восприимчива к изменениям освещенности. Организм активно движется в сторону света, необходимого для фотосинтеза.

Отличие хлореллы от хламидомонады

Сходным с Сhlamydomonas строением обладает Chlorella. Хлореллы так же обитают в пресных водах и размножаются с помощью спор.

Сравнение двух водорослей помогает лучше понять отличительные особенности хламидомонады:

• подвижность,
• наличие 2 жгутиков,
• глазок, чувствительный к свету,
• наличие сократительной вакуоли,
• зооспоры – споры со жгутиками,
• размножение половым путем при неблагоприятных условиях.

Хлорелла относится к протококковым, не наделена способностью передвигаться, размножается только при помощи автоспор.

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.

Строение хламидомонады

Форма хламидомонады вытянутая, на картинке она напоминает грушу. На внешней удлиненной части располагаются 2 подвижных жгутика. Тело защищено специальной гладкой оболочкой из пектина. Внутри находится цитоплазма.

Значительную часть внутреннего пространства занимает чашеобразный хроматофор. Он выполняет две важные функции:

• фотосинтез,
• скопление крахмала.

Нижнюю продолговатую область занимает пиреноид в форме шара. Именно в этой части скапливаются запасы органических веществ. В окружении цитоплазмы расположен красный органоид – светочувствительный глазок. Он выполняет роль фоторецептора.

У основания жгутиков различимы 2 пульсирующие вакуоли. Они помогают удалять излишки воды.

Кратко строение хламидомонады выглядит следующим образом:

• оболочка,
• хлоропласт,
• пиреноид,
• цитоплазма,
• фоторецептор,
• ядро,
• вакуоли,
• жгутики.

Тип питания

Хламидомонада одновременно и автотроф, и гетеротроф. Преимущественно она питается, как и все растения, благодаря фотосинтезу.

Дополнительные органические вещества водоросль способна поглощать извне. Для этих целей используются специальные ионные каналы, по которым поступают и выводятся определенные продукты. Захват частиц питательных веществ происходит посредством выпячивания отдельных участков тела.

Chlamydomonas: общие сведения

Водоросль живучая, и места обитания для нее не имеют значения. Ответ на вопрос, где обитает хламидомонада, прост. Ее можно встретить как и в теплых болотах, так и в холодных лужах. Некомфортна для неё только морская соленая вода, но и в таких условиях она иногда выживает.

Водоросль имеет разные виды. Один из которых может жить подо льдом или в толще снега. Во время цветения хламидомонада раскрашивает место своего обитания в различные цвета. Лед и снег в местах их жизни может быть желтого, красного, зеленого или черного оттенка.

https://youtube.com/watch?v=cQJtGypgOsE Клетка водоросли овальной формы, с пектиновой прозрачной оболочкой. Впереди у него два жгутика, с помощью которых она перемещается по воде.

Внутри клетки есть отдел, в котором хламидомонада одноклеточная хранит запасные питательные вещества. Клетка хранит белок.

Водоросль имеет глаз красного цвета. Он реагирует на освещение, помогает определить, с какой стороны располагается источник света. Хламидомонада двигается в этом направлении. Рядом с глазом есть вакуоли, они выделяют продукты жизнедеятельности клетки.

Половое и бесполовое размножение

На примере хламидомонады можно рассматривать размножение большинства известных водорослей. Бесполовая схема размножения представляет простейший процесс образования зооспор.

На начальном этапе взрослый организм, готовый к размножению, прекращает движение и лишается жгутиков. Хламидомонада приобретает округлую форму. Внутри происходит деление на отдельные клетки. Возможно появление от 4 до 8 самостоятельных клеток с отдельной оболочкой и жгутиками.

Когда созревание закончено, материнская клетка теряет оболочку и выпускает маленьких хламидомонад. Через определенный промежуток времени происходит созревание водорослей. Они образуют внутри себя новые зооспоры.

Процесс полового размножения запускается в неблагоприятной окружающей среде и включает следующие этапы:

1. Образование гамет.
2. Выход гамет и образование зигот.
3. Нарастание защитной оболочки.
4. Деление зиготы при наступлении подходящих условий.
5. Образование 4 молодых самостоятельных клеток.

Как это происходит?

Накопление розоватого пигмента происходит не просто так, а под влиянием внешних условий. Цветение начинается, когда воздух теплеет. В нормальном состоянии в снежном покрове растение находится в спящем состоянии, но когда солнце начинает пригревать, верхний слой оттаивает, и создаются оптимальные условия для размножения. Но длится это совсем недолго, ведь хламидомонада снежная при температуре 4 градуса по Цельсию уже погибает.

Оказавшись в правильное время в нужном месте, путешественник может наблюдать за активной жизнедеятельностью крошечных водорослей. Пигмент накапливается достаточно быстро. Изучая это явление, ученые брали пробы снега, а затем изучали его под микроскопом, нагревая до температуры таяния. Отмечено, что в воде с высокой скоростью начинают двигаться красноватые частицы. Каждая из них – это и есть отдельное растение.

Где обитает хламидомонада

Среда обитания хламидомонады не ограничивается строгими рамками.

Она может существовать как в открытых водоемах, так и в аквариумах, и на влажных поверхностях стен. Ей не страшны низкие температуры, повышенная кислотность и жесткость воды.

Она способна сохранять жизнеспособность в самых экстремальных условиях. Хламидомонаду можно наблюдать на заснеженных поверхностях, где она окрашивает толщи льда в характерный цвет.

Неочевидное очевидное

Сегодня альпинист, турист, участник экспедиции, оказавшись среди снежных просторов, словно бы окровавленных, не пугается и не удивляется этому явлению, но наслаждается открывшейся перед ним редкой красотой. Но не всегда все обстояло именно так.

До недавнего времени для людей красный снег был настоящей загадкой. Сколько легенд с ним связывали! Лишь некоторое время назад ученые выяснили, каково происхождение явления. Водоросли удалось обнаружить в Арктике и Антарктике. Также установили, что хорошо себя чувствуют микроорганизмы в условиях больших высот, благодаря чему колонии развиваются в горных массивах.

В наши дни биологи насчитывают уже 140 разновидностей водорослей и некоторых других живых организмов, способных придавать снегу фантастическую, оригинальную, неестественную окраску.

Значение в природе

Признаки наличия в водоеме хламидомонады – цветение. Большое количество водорослей говорит о загрязнении вод. В процессе жизнедеятельности растение очищает окружающую среду, поглощая органические вещества.

Но избыток хламидомонады в водоемах может оказаться губительным для рыб и другой растительности. Выделяя углекислый газ и повышая уровень продуктов распада, водоросль оказывает негативное влияние на окружающую среду. Значение хламидомонады в природе неоднозначно.

В научных целях ее выращивают в специальных лабораториях и используют в различных опытах и для определения токсичности водоемов.

Интересные случаи

Большой интерес общественности привлек случай, произошедший в 1929 году. Тогда водоросли разрослись на огромной площади. Это произошло на перевале Басса. Колония заполнила собой несколько квадратных километров на высоте более трех тысяч метров.

Не раз наблюдались красивые явления:

• на Северном Урале;
• на Земле Франца-Иосифа;
• в Арктике;
• на Камчатке.

Известным стал случай, когда хламидомонады разрослись в Хакасии в 2015 году. Обнаружены они были работниками заповедника «Хакасский». Арбузный снег был зафиксирован в июне, в 20-х числах. Наиболее красивые пейзажи открывались вблизи хребта Шаман, что рядом с озером. Высота местности над уровнем моря – порядка 1 700 метров.