спирогира что это такое
Спирогира
Спироги́ра (лат. Spirogyra ) — нитчатая водоросль семейства Zygnemataceae.
Тело спирогиры — неветвящаяся нить, состоит из одного ряда цилиндрических клеток.
Размножение вегетативное (делением клеток) или половое (конъюгация). При конъюгации клетки двух соседних разнознаковых («+» или «-») нитей соединяются между собой боковыми выростами, образуется копуляционный канал, по которому протопласт одной клетки перетекает в другую и сливается с содержимым последней. Клетка, в которой произошло слияние (зигота), закругляется, отделяется от нити и, одеваясь толстой оболочкой, превращается в зигоспору. Зигоспора перезимовывает и весной проходит мейоз, давая 4 споры, три из которых отмирают, а одна прорастает в молодую нить («+» или «-»). Все стадии, кроме зиготы и зигоспоры, — гаплоидны.
Спирогира одна из наиболее распространенных водорослей пресных вод всех частей света, встречается также и в солоноватых водах. Спирогира образует большие ватообразные скопления, которые плавают на поверхности воды или стелятся по дну и очень часто встречаются в тине стоячих и текучих вод, в прудах, болотах, канавах, речках, ручьях, бассейнах и т. д.
Вследствие большой величины клеток спирогиры, достигающей у некоторых ее видов до 0,01 мм, вследствие ясности их строения, эта водоросль является одной из наиболее хорошо изученных и служит классическим объектом при изучении анатомии клетки водоросли.
Род разделяется на 2 подрода: Euspirogyra — сливающиеся клетки одинаковы по размеру, копуляционный канал развит — и Sirogonium — сливающиеся клетки различны по размеру, копуляционный канал развит слабо или совсем отсутствует, поэтому клетки сливаются друг с другом непосредственно. Известно около 200 видов спирогир.
К. А. Тимирязев о спирогире
Вот микроскопическая водоросль, уже нам знакомая спирогира, с ее характеристическими спиральными лентами хлорофилла (рисунок справа). В известный момент развития этого организма составляющие его нити принимают параллельное положение, как это видно на рисунке. В некоторых клетках содержимое собирается в круглые или овальные клубки, и в то же время на двух смежных клеточках образуются вздутия стенки. Эти бугорки растут навстречу, сталкиваются, разделяющая их перегородка всасывается, исчезает, и тогда содержимое двух клеточек сливается в одну массу, причем совершенно безразлично, перельется ли содержимое из левой нити в правую или наоборот. Образовавшаяся таким образом округлая масса получает оболочку и превращается в спору, которая, освободившись, может прорасти и дать начало новому организму, новой нити спирогиры. Здесь мы, следовательно, встречаем процесс оплодотворения в крайне простой форме: две клеточки сливаются, чтобы дать начало одной, которая и служит для воспроизведения организма.
Спирогира: что это такое и чем она угрожает Байкалу
«Спирогира убивает Байкал!», «Близится экологическая катастрофа!», «Байкал в смертельной опасности!» — подобными заголовками пестрят страницы сотен газет и сайтов. Если не принять меры, человечеству грозит настоящая экологическая катастрофа.
С 2011 года тема заражения акватории спирогирой активно обсуждается в средствах массовой информации. На берегах Байкала и на его дне замечено огромное количество этой водоросли. Ученые бьют тревогу, поскольку причину появления нитчатки в несвойственной для нее среде пока не удается найти.
Что такое спирогира?
Спирогира – разновидность нитчатых харофитовых водорослей из семейства зигнемовых. Представляет собой неветвящуюся нить, состоящую из одного ряда цилиндрических клеток величиной до 0,01 мм. Каждая клетка спирогиры находится в целлюлозной стенке, покрытой слизью. Водоросль легко распознать по спирально закрученным хлоропластам.
Открытие этого вида нитчатки произошло почти два столетия назад. Спирогира является одной из самых распространенных водорослей и встречается в пресных (реже в солоноватых) водах по всему миру. Она образует большие ватообразные скопления, которые плавают на поверхности воды, стелются по дну или смешиваются с тиной в озерах, болотах, прудах, ручьях и т.п.
Как размножается спирогира?
Спирогира размножается двумя способами:
Чем она опасна для экологии Байкала?
1. Вытесняет байкальских эндемиков.
Из-за большого количества цветущей нитчатки на дне озера (спирогира обнаружена даже на глубине в 40 метров), вытесняются некоторые виды микроорганизмов. Например, коренные обитатели Байкала – брюхоногие моллюски. После появления в озере спирогиры их число значительно уменьшилось. Она уничтожает байкальских губок-эндемиков, благодаря которым вода в озере остается кристально чистой. Также она занимает места нерестилищ бычка желтокрылки, которым питается байкальский омуль.
2.Отравляет воду
В некоторых районах берега Байкала покрыты толстым слоем сгнившей спирогиры. Это существенно сказывается на качестве воды – она становится непригодной для употребления людьми и животными. Чтобы очистить пляж от водоросли, требуется немало усилий. Приходится копать почти на 30 сантиметров в глубину. Рыбалка также становится практически невозможной. Густая тина заполоняет лодки и сети.
На сегодняшней день изучением байкальской спирогиры активно занимаются ученые из Лимнологического института СО РАН. Пока исследователи не пришли к единому мнению, представляет ли спирогира реальную угрозу для озера или же перечисленные последствия являются результатом совокупности многих факторов. Но уже сейчас неблагоприятные последствия распространения водоросли очевидны.
Какова причина распространения нитчатой водоросли?
Одни полагают, что причиной размножения спирогиры стали благоприятные для нее теплые погодные условия, которыми характеризовался один из сезонов на Байкале. Однако с наступлением холодов количество нитчатки ничуть не уменьшилось. Ледяная вода не стала препятствием для образования густой зеленой пелены на озере.
Другие связывают заполонение воды спирогирой с резким ухудшением экологической обстановки в районе Байкала. Очистные сооружения, установленные в окрестностях, давно устарели и не справляются со своей задачей. Оборудование нуждается в срочной модернизации.
Кроме того, из года в год проблемы с экологией усугубляют незаконные свалки и нелегальные застройки. Туристическая инфраструктура и частный сектор тоже оказывают неблагоприятное влияние на и без того ухудшающуюся обстановку.
Что делать?
Как помочь самому чистому озеру на планете не превратиться в грязное болото?
Для этого нужно провести целый ряд масштабных действий внутри байкальского бассейна:
• Полностью ликвидировать сток отходов в озеро. Необходимо соорудить так называемый водный кластер, который будет собирать отбросы с организованных причалов и судов. Через него будут проходить канализационные стоки, все пищевые отходы и сухой мусор.
• Создать систему экологически безопасных современных очистных сооружений. А также полностью запретить на территории Байкала применение всевозможных моющих средств, в составе которых содержатся фосфаты. Синтетические вещества губительно влияют не только на состояние окружающей среды, но и на здоровье человека.
• Развивать экологический, а не коммерческий туризм. В настоящее время межрегиональная общественная организация «Большая Байкальская Тропа» активно развивает систему уникальных маршрутов и экологических троп, прогулки по которым сопровождаются уборкой территории. Присоединиться к волонтерам и внести свой вклад в его развитие может любой желающий.
Cпирогира водоросль в аквариуме — борьба с ней
ЧТО ТАКОЕ СПИРОГИРА
Спирогира (Spirogyra) — нитчатая зелёная водоросль из подотдела коньюгат (Conjugatae) — сцеплянок. Принадлежит к семейству зигнемовых (Zygnemeae).
Тело спирогиры — неветвящаяся нить, состоит из одного ряда цилиндрических клеток.
При конъюгации клетки двух соседних нитей соединяются между собой боковыми выростами, образуется копуляционный канал, по которому все содержимое одной клетки (мужской) перетекает в другую (женскую) и сливается с содержимым последней.
Вследствие величины клеток спирогиры, достигающей у некоторых ее видов до 0,01 мм, вследствие ясности их строения, эта водоросль является одной из наиболее хорошо изученных и служит, по мнению авторов Энциклопедии Брокгауза и Ефрона, классическим объектом при изучении анатомии клетки и ядра.
Спирогира одна из наиболее распространенных зеленых водорослей пресных вод всех частей света, встречается также и в солоноватых водах. Спирогира образует большие ватообразные скопления, которые плавают на поверхности воды или стелятся по дну и очень часто встречаются в тине стоячих и текучих вод, в прудах, болотах, канавах, речках, ручьях, бассейнах
Строение спирогиры.
Таллом водоросли выглядит как неветвящаяся нить, состоящая из одного ряда одинаковых клеток цилиндрической формы. Клетки относительно крупные, длина их может достигать у некоторых видов до 0,01 мм. Ширина нити спирогиры составляет от 5 до 200 мкм.
Оболочкой каждой клетки является целлюлозная клеточная стенка, покрытая снаружи слизью. Большую часть клетки занимает вакуоль с клеточным соком. На цитоплазматических тяжах, проходящих через вакуоль, подвешено одно ядро. В каждой клетке имеется по одному и более спирально закрученных хлоропластов, напоминающих ленты, расположенные в пристеночном слое цитоплазмы. Все спирогиры — автотрофы, синтезирующие органические вещества на свету в хлоропластах в процессе фотосинтеза.
Причины возникновения спирогиры
Как правило, спирогира прекрасно себя чувствует при благоприятных условиях для аквариумных растений. Причиной активного разрастания спирогиры может стать небольшой перекос по макро/микро удобрениям, небольшое загрязнение органикой (случайный перекорм, мертвая рыбка, забитый фильтр, отсутствие плановой подмены воды и т.д), сильное освещение. Т.е. по сути совершенно любое отклонение параметров аквариума от нормы.
Борьба со спирогирой в аквариуме
Так как спирогира может существовать совместно с аквариумными растениями при одинаковых условиях, то борьба с ней становиться довольно затруднительным делом. Однако спирогира легко 
собирается механическим путем. Её можно намотать на палочку или щетку. Что касается комплексных мер то сюда можно отнести уменьшение светового дня, устранение паразитного освещения, полное затемнение аквариума на 2-3 дня, сифонку грунта, подмену воды, чистку фильтров. Ну и конечно же необходима нормализация баланса макро и микро элементов. Что касается химии в борьбе со спирогирой, то она по сути бессильна. В борьбе со спирогирой очень хорошо помогают рыбки, такие как гуппи, пецилии, барбусы. Также ее неплохо поедают и креветки.
Польза и вред
Как видите, данный вид водорослей очень хорошо адаптируется к различной среде, а потому нередко он составляет сложности при уходе за аквариумом или водоемами. Прорастая и заполняя довольно большое количество водного пространства плотной массой нитей, она нередко препятствует росту других водорослей, которые могут являться кормом и домом для различных рыб. Особенно опасна данная водоросль для мальков, которые могут запутаться в ее нитях и погибнуть.
С другой стороны, спирогира является отличным вариантом субстрата для нерестовика в открытых водоемах. Плотное расположение нитей очень хорошо защищает икру от взрослых хищников.
В открытых водоемах нередко разрастание этого вида водорослей спровоцировано загрязнениями минеральными удобрениями, например, аммиачной селитрой, а потому, если вы планируете на приусадебном участке обустройство искусственного пруда, лучше отказаться от внесения удобрений данного типа вблизи него.
Загадки байкальской спирогиры
Уже не первый год мировую общественность волнуют сообщения, периодически появляющиеся в печатных и электронных СМИ, о необычном массовом развитии в Байкале загадочной водоросли – спирогиры, «которая губит все на своем пути». И как только не называют, и в чем только не обвиняют несчастную! Действительно, за последние несколько лет во многих районах Байкала выявлено интенсивное зарастание дна спирогирой, а в некоторых – обильные береговые скопления этой водоросли, продукты разложения которых делают прибрежную воду опасной для использования человеком и животными. Раньше водоросли этого рода обитали только в мелководных хорошо прогреваемых бухтах озера и не развивались в таких масштабах. Но ведь не спирогира сама по себе является причиной гибели губок и моллюсков или развития сакситоксин-продуцирующих цианопрокариот и других проблем Байкала (Timoshkin et al., 2016). Все эти явления, как звенья одной цепи, – следствие действия факторов, которые, вероятно, имеют смешанную природу. Статья посвящена основным вопросам, которые ставит перед исследователями необычное развитие байкальской спирогиры
В последние годы во многих районах Байкала происходит интенсивное зарастание дна, а в некоторых – серьезные структурные изменения фитобентоса, в частности замена видов-доминантов, в том числе эндемиков, зелеными нитчатыми водорослями, ранее в таких масштабах в озере не регистрируемых. Кроме того, практически по всему периметру озера на глубинах 0—1 м выявлено увеличение биомассы нативных, т. е. характерных для Байкала видов водорослей (Timoshkin et al., 2016). Как правило, значительную долю в составе макрофитобентоса Байкала теперь составляют представители рода спирогира (Spirogyra Link).
Ученым приходилось и прежде наблюдать водоросли рода спирогира в Байкале и его окрестностях, но никогда за столетнюю историю изучения фитобентоса озера развитие этих водорослей не имело массового характера и было приурочено только к мелководным, хорошо прогреваемым бухтам (Ижболдина, 2007). На данный момент известно, что значительное развитие этих водорослей часто происходит в местах повышенной концентрации биогенных элементов, обусловленной главным образом сбросом недостаточно очищенных сточных вод (Кравцова и др., 2012, Тимошкин и др., 2014). Результатом такого развития являются гниющие массы водорослей, аккумулирующиеся на берегу в некоторых районах озера (например, г. Северобайкальск) в течение всего периода открытой воды (Тимошкин и др., 2014).
Следует особо отметить, что выбрасываемые на берег водоросли – это нормальное явление в целом. Так завершается вегетационный сезон многих представителей донной флоры озера. Их можно сравнить с фильтром, отработавшим свое, который Байкал регулярно меняет. Например, в последние годы, несмотря на развитие спирогиры, другие нитчатки (нитчатые водоросли) живут и отмирают в положенный им срок. В июне–июле вдоль открытого берега можно видеть скопления улотрикса, а в августе – эндемичных драпарнальдиоидес. Никто их не вытесняет, просто заканчивается пик их вегетации, т. е. роста. На формирование свободноплавающих скоплений талломов макроводорослей в прибрежной части озера в разное время обращали внимание такие исследователи, как В. Ч. Дорогостайский, К. И. Мейер, А. П. Скабичевский.
Однако чрезмерное количество водорослей может быть опасным. А точнее, продукты гниения массивных водорослевых матов, будь то выброшенных на берег или свободноплавающих, могут делать воду непригодной для использования человеком и животными.
Для существования байкальских гидробионтов чрезмерное развитие водорослей, по мнению некоторых исследователей, также может создавать серьезные проблемы.
При этом, если «порядочные» улотрикс и драпарнальдиоидес «знают честь» и уходят вовремя, то спирогира упрямо не сдает позиции, поставляя на берег тонны отжившей массы до поздней осени.
Любопытен тот факт, что среди байкальских зеленых водорослей (Chlorophyta), которые являются наиболее разнообразной группой макрофитобентоса озера, лидирующие позиции заняла именно спирогира (которая, однако, согласно современной систематики, относится к отделу Charophyta). В других водоемах, например, в Великих Американских озерах (Эри, Мичиган, Онтарио), увеличение биогенной нагрузки также привело к массовому развитию зеленых нитчаток (Higgins et al., 2008 и др.), однако там, как и во многих других системах, испытывающих подобные проблемы, пришлось иметь дело с кладофорой гломератой (Cladophora glomerata (L.) Kütz). Кладофора гломерата, одна из самых широко распространенных нитчаток в мире, также является «естественным» представителем донной флоры Байкала, где встречается на каменистом субстрате в августе-сентябре. При этом вдоль основной части побережья и число участков встречаемости (1,5—8 %) вида, и его фитомасса (0,21г/м 2 ) незначительны (Ижболдина, 2007).
Почему спирогира?
Отчего же массовым развитием на биогенное перенасыщение литорали Байкала откликнулась именно загадочная спирогира, а, например, не печально известная кладофора гломерата? Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо изучение этих водорослей, в частности, их жизненных циклов и особенностей развития как в естественной среде обитания на основе регулярных сезонных полевых исследований, так и в лабораторных условиях с учетом многих факторов. Так, например, в случае «цветения» прибрежной зоны Великих Американских озер было выявлено, что резкая замена доминантов – улотрикса зонаты (Ulothrix zonata Kütz.) кладофорой гломератой – и чрезмерное развитие последней происходит, в частности, из-за массового бесполого размножения улотрикса, инициируемого повышением температуры воды в летний период (Graham et al., 1985). Опустошенные после выхода зооспор нити улотрикса отмирают, предоставляя «вакантное» место для других водорослей. Далее «на сцену выходит» кладофора гломерата, для которой действующий температурный режим, наличие свободного каменистого субстрата и поступающее биогенное «питание» с суши являются благоприятными условиями для успешного развития. Интересно то, что улотрикс возвращается, когда осенью температура становится ниже 10° С, теперь уже замещая кладофору. То есть особенности биологии отдельных видов в совокупности с абиотическими факторами в условиях повышенной биогенной нагрузки во многом ответственны за специфическую перестройку прибрежных донных сообществ в Великих Американских озерах.
Застукать спирогиру со спирогирой
Рассуждая о загадочности развития именно спирогиры в Байкале, нельзя не сказать о ней самой, как об одном из наиболее таинственных представителей растительного мира. Считается, что водоросли рода Spirogyra легко узнаваемы благодаря их спирально закрученным хлоропластам. Однако существуют другие, довольно похожие на нее, водоросли (например, рода Sirogonium Kütz. или Sirocladium Randhawa), которые человек без опыта и специальной подготовки может принять за спирогиру. В некоторых случаях ее можно спутать даже с представителями других семейств! Поэтому, видя перед собой зеленый нитчатый моток, нельзя однозначно утверждать, что это спирогира. В некоторых участках Байкала бурно «цветет» только спирогира.
Проблемы идентификации спирогиры связаны еще и с тем, что определение вида проводится по особенностям стадий полового размножения, или конъюгации, когда содержимое клеток одной нити переходит в клетки другой. Без количественных и качественных характеристик этого процесса, без описания сформировавшихся в его результате зигоспор даже примерно нельзя сказать, какой вид находится перед нами на предметном стекле под микроскопом, а значит, и там, откуда был взят образец. При этом такие стадии у спирогиры по разным данным встречаются лишь в 10—18 % образцов, а у байкальской спирогиры, по данным автора – лишь в 9 %.
С развитием методов молекулярной биологии появилась возможность определять виды живых организмов на основе совпадения нуклеотидных последовательностей молекулярных маркеров неизвестного вида с уже имеющимися в базах данных последовательностями известных видов. На данный момент таксономически признанными являются 516 морфологических видов спирогиры (согласно AlgaeBase по состоянию на апрель 2016 г.), однако лишь для 36 из них известны последовательности каких-либо генетических маркеров и только для 8-ми ядерного гена 18S рДНК (согласно базе данных NCBI по состоянию на апрель 2016 г.).
Главным образом именно из-за трудностей видового определения спирогиры сложно сказать, является ли тот или иной вид данного рода вселенцем, который беспрепятственно распространился по всему Байкалу в последние годы. Спирогира, которая сегодня массово развивается во многих районах Байкала, могла быть там и вчера, но не в таком количестве, а ее фертильные стадии просто не встречались исследователям ранее. Так, недавно по морфологическим признакам была определена Spirogyra fluviatilis Helse, или спирогира речная (Тимошкин, 2014), которая развивается на каменистой литорали в некоторых заливах Байкала. Ранее этот вид в озере не регистрировали, но это не означает, что эта водоросль была занесена недавно. Спирогира речная широко распространена во всем мире и встречается во многих пресноводных водоемах, реках и озерах. В окрестностях Байкала многие исследователи находили стерильные талломы спирогиры (см. Ижболдина, 2007), вполне возможно, относящиеся и к этому виду.
Выяснение видового богатства спирогиры в Байкале является на сегодняшний день одной из самых актуальных задач. Во-первых, данные о биоразнообразии вообще и отдельных групп организмов в частности, используются в методах экологического биомониторинга водных экосистем. А точная видовая идентификация и понимание регионального разнообразия является основой биологического контроля и оценки состояния окружающей среды. При этом, сведения о видовом составе спирогиры в Байкале, которыми мы располагаем сегодня, получены более 80 лет назад, ограничены двумя локальными участками (Мейер, 1930) и буквально единичны для окрестностей озера (Ижболдина, 2007). Во-вторых, Байкал – это кладезь уникального биологического разнообразия. Многие виды нигде, кроме как в Байкале, не встречаются! Не исключено, что и спирогира представлена в Байкале многими видами, идентифицировать которые разными методами – задача ближайшего времени.
Работы, которые посвящены фундаментальным и практическим проблемам байкальской спирогиры, ведутся в настоящее время в Лимнологическом институте СО РАН.
Увы, пока вопросов больше, чем ответов. Но, как известно, правильно поставленная задача – уже половина ее решения.
Вишняков В. С. и др. Таксономический список макроводорослей прибрежной зоны бухты Большие Коты и залива Лиственничный (Южный Байкал) // Изв. Ирк. гос. ун-та. Сер. «Биология. Экология». 2012. Т. 5, № 3. С. 147–159.
Ижболдина Л. А. Атлас и определитель водорослей фитобентоса и перифритона озера Байкал (мейо- и макрофиты) с краткими очерками по их экологии. Новосибирск: Наука-Центр, 2007. С. 248.
Кравцова Л. С. и др. Нарушение вертикальной зональности зеленых водорослей в прибрежной части залива Лиственичный озера Байкал. // Докл. РАН. 2012. Т. 447 № 2. С. 1—3.
Романова и др., Идентификация зеленых нитчатых водорослей из района локального биогенного загрязнения озера Байкал (залив Лиственничный) с помощью молекулярного маркера 18S рДНК // Экологическая генетика. 2013. Т. 11 № 4. С. 23-33. (12597).
Тимошкин O. A. и др. Экологический кризис на Байкале: ученые ставят диагноз. Наука из первых рук. 2014. Т. 5, С. 75–91.
Тимошкин О. А. и др. Массовое развитие зеленых нитчатых водорослей родов Spirogyra Link и Stigeoclonium Ktz (Chlorophyta) в прибрежной зоне Южного Байкала // Гидробиологический журнал. 2014. Т. 10 № 5. С. 15–26.
Ханаев И. В. и др. Влияние массового развития зеленых нитчатых водорослей на воспроизводство желтокрылки Cottocomephorus grewingkii (Dybowski, 1874) (Cottidae) в условиях экологического кризиса озера Байкал // Докл. РАН. 2016. Т. 467. № 1. С. 119–121.
Graham J. M. et al. Light and temperature as factors regulating seasonal growth and distribution of Ulothrix zonata (Ulvophyceae) // J. Phycol. 1985. V. 21. P. 228–234.
Higgins S. N., et al. An ecological review of Cladophora glomerata (Chlorophyta) in the Laurentian Great Lakes. Journal of Phycology. 2008. V. 44. 839—854.
Kravtsova L.S. et al. Nearshore benthic blooms of filamentous green algae in Lake Baikal. // Great Lakes Research. 2014. V. 40. P. 441–448).
Timoshkin, O. A., et al., Rapid ecological change in the coastal zone of Lake Baikal (East Siberia): Is the site of theworld’s greatest freshwater biodiversity in danger? // J. Great Lakes Res. (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.jglr.2016.02.011.
Выражаю искреннюю благодарность научному руководителю д. б. н., проф. О. А. Тимошкину, а также д. б. н. Н. А. Бондаренко за их чуткое напутствие в моем научном поиске
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ «Мой первый грант» № 16-34-00064 «Морфологическое и генетическое разнообразие водорослей рода Spirogyra (Zygnematophyceae, Charophyta) – новых доминирующих представителей флоры озера Байкал»