Полювання з мікроскопом, частина перша

Давним-давно, в далекому 1978 році, в гостях у мого друга я побачив свій перший морський акваріум. Тоді я ще не усвідомлював цього, але акваріум мого друга дуже відрізнявся від того, що було в морських акваріумах того часу. Замість поширених тоді скелетів білих коралів, як прикраса використовувалися вапняні скелети. Замість того, щоб регулярно міняти воду і очищати мертві корали від всіляких водоростей, дозволили рости і процвітати зеленим нитчастим водоростям. Акваріум виглядав зеленим і захоплюючим, коли довгі зелені нитки водоростей гойдалися туди-сюди. Але, що найголовніше, рибки повністю вилікувалися від паразитарної інфекції, яку вони мали, коли були куплені в місцевому зоомагазині.

У цьому акваріумі зелені нитчасті водорості являли собою щось нове, як з біологічної, так і з естетичної точки зору. Вперше ми виявили, що в закритій акваріумній системі можна досягти певної “біологічної рівноваги”, і що дійсно можна вилікувати хворобу і запобігти подальшому нападу паразитів на риб. Однак рішенням виявився не сульфат міді, а ріст водоростей!

Сьогодні “зелений акваріум”, зарослий нитчастими водоростями, не подобається багатьом акваріумістам. Хоча водорості позитивно впливають на самопочуття багатьох риб, вони мають тенденцію до обростання коралів та інших сидячих безхребетних. Давайте на мить забудемо про це, і поспостерігаємо за загальною красою і цікавою репродуктивною біологією однієї з водоростей, які у вигляді довгих зелених ниток з’являються в морському акваріумі. Мова йде про представників роду Дербезія (Derbesia).

Багато видів дербезії є представниками зелених водоростей (відділ Chlorophyta), де вони належать до порядку Caulerpales, в родині Derbeciaceae. Рід Derbesia здається космополітичним з видами, що зустрічаються в холодних, помірних і тропічних водах. Найчастіше згадується вид Derbesia marina, про який повідомляється з Полінезії (Payri & al., 2000), з Карибського басейну (Littler & al., 1989), з Середземного моря (Riedl, 1983) і з холодних вод, таких як Атлантика, Північне море і узбережжя Норвегії (Nicholls, 1976). Я сам спостерігав цю водорість на Мальдівах і вздовж узбережжя Норвегії, і, як згадувалося вище, виявив, що вона дуже поширена і часто рясно зустрічається в морських акваріумах.

Перш ніж ми продовжимо, необхідно звернутися до історії репродуктивного життя водоростей взагалі:

Історія життя всіх рослин слідує єдиній основній схемі, де відбувається зміна між гаплоїдною фазою, що виробляє гамети (гаметофіт), і диплоїдною фазою, що виробляє спори (спорофіт). У більшості рослин одна з цих двох фаз не є фотосинтетичною і не може рости незалежно від іншої. У деяких групах – таких як папороті та багато водоростей – ці дві фази настільки різні і незалежні одна від одної, що зв’язок між ними не був би запідозрений, якби не була відома доля репродуктивних органів, які кожна з них виробляє. Дуже спрощено життєву історію серед водоростей можна розділити на три групи:

Малюнок 1 + 2: Мій перший морський акваріум 1979 року був покритий зеленими нитчастими водоростями. Безхребетні, яких на той час рідко можна було побачити в місцевих зоомагазинах, незабаром обросли водоростями, але риби залишилися здоровими і оговталися від нападів паразитів та інфекцій, які вони мали при покупці.

1. Ті, що мають одну морфологічну фазу, виробляють гаплоїдні або диплоїдні клітини, які розвиваються в нові рослини.
2. Ті, що мають дві морфологічні фази, де гаплоїдний гаметофіт виробляє гамети, які зливаються і виростають до спорофіту, який в свою чергу виробляє диплоїдні спори.
3. Декілька червоних водоростей з трьома морфологічними фазами, що включають гаплоїдний гаметофіт, диплоїдний карпоспорофіт, що розвивається на жіночому гаметофіті, і незалежний диплоїдний тетраспорофіт.

Derbesia spp належать до групи 2, тоді як червоні водорості роду Ceramium, які часто зустрічаються в морських акваріумах і які ми розглядаємо далі в цій статті, належать до групи 3 (Таблиця 1 містить деяку інформацію про те, які роди водоростей належать до цих трьох різних груп).

Рисунок 3: Зростання дербезії на мілководді, недалеко від пляжу коралової бухти на Мальдівах, на глибині близько двох метрів.

Термінологія розмноження водоростей:

Гаплоїдний – клітина, ядро або організм, що має один набір непарних хромосом. Диплоїдний – клітина, ядро або організм, що має два гаплоїдні набори хромосом; присутні дві копії кожної хромосоми, за винятком (у деяких випадках) статевих хромосом. Диплогаплонт Організм, що характеризується чергуванням диплоїдних і гаплоїдних поколінь. Спорофіт Рослина з чергуванням поколінь, диплоїдна рослина, яка продукує гаплоїдні спори.

Рисунок 4: Зростання дербезії з живого каміння в рифовому акваріумі.

Гаметофіт Окрема рослина або гаплоїдне покоління рослини з чергуванням поколінь, що виробляє гамети. Тетраспорофіт Диплоїдний спорофіт (див. вище), що продукує спори групами по чотири, які вивільняються з тетраспорангія. Карпоспорофіт Диплоїдний спорофіт, що розвивається на жіночому гаметофіті та продукує гаплоїдні або диплоїдні спори. Гаметангій Будь-яка клітина або орган, що продукує гамети. Ізоморфний Ідентичний або подібний за формою, структурою або зовнішнім виглядом. Гетероморфний Організм, який має різні форми в різні пори року, на різних стадіях свого життєвого циклу або з покоління в покоління. Спори Одноклітинне або багатоклітинне, безстатеве, репродуктивне або спочиваюче тіло, стійке до несприятливих умов навколишнього середовища і здатне розвиватися у дорослу особину без злиття з іншою клітиною, коли навколишнє середовище сприятливе. Зооспори Рухливі спори, здатні миттєво переміщатися за допомогою джгутиків. Гамети Зріла гаплоїдна статева клітина, яка об’єднується з іншою такою клітиною протилежної статі для утворення диплоїдної зиготи. Зазвичай сперматозоїд і яйцеклітина. Антеридій Структура на гаметофітах червоних водоростей, яка виробляє чоловічі гамети Оогоній Структура на гаметофітах червоних водоростей, яка виробляє жіночі гамети.

Таблиця 1а: Життєві історії морських водоростей. Модифіковано з Dring, 1986: Окрема морфологічна фаза: соматичні клітини гаплоїдні або диплоїдні.

Група	Гаплоїдні	Диплоїдні
Rhodophyta	Dunaliella	Codium, Caulerpa, Udotea, Halimeda
Гаметофіт	Немає	Fucus, Sargassum
Інші	Динофлагелятні	Діатомові водорості, деякі динофлагеляти

Таблиця 1б: Життєві історії морських водоростей. Модифіковано за Дрінгом, 1986: Дві морфологічні фази: гаплоїдний гаметофіт та диплоїдний спорофіт

Група	Ізоморфні	Гетероморфні
		Гаметофіт	Спорофіт
Chlorophyta	Покритонасінні, Плауноподібні, Ентероморфні	Monostroma, Acrosiphonia, Halicystis, Bryopsis	Codiolum, Derbesia
Phaeophyta	Ectocarpus, Dictyota	Scytosiphon, Petalonia, Laminarian гаметофіти	Laminaria
Rhodophyta	–	Porphyra, Bangia	Conchocelis

Таблиця 1в: Життєві історії морських водоростей. Модифіковано за Дрінгом, 1986: Три морфологічні фази: гаплоїдний гаметофіт, диплоїдний карпоспорофіт, що розвивається на жіночому гаметофіті, та незалежний диплоїдний тетраспорофіт

Група	Ізоморфні	Гетероморфні
		Гаметофіт	Тетраспорофіт
Rhodophyta	Chondrus, Delesseria, Eucheuma, Gracilaria, Griffithsia, Polysiphonia	Bonnemaisonia, Gigartina, Acrosymphyton	Traillella, Petrocelis, Hymenoclonium, Ceramium

Захоплююче те, що хоча ниткоподібний ріст дербезії може виглядати потворно і неприємно, життєва історія слизьких ниток дійсно цікава і добре спостерігається в морському акваріумі, якщо дивитися на нитки водорості через мікроскоп.

Рисунок 5: Таломи дербесії при 100-кратному збільшенні на площині плівки. Хлоропласти добре видно, але зверніть увагу, що зелений колір відсутній на кінчику окремої талому, звідки росте нитка.

Рисунок 6: Кінчик росту нитки дербезії при великому збільшенні (1000Х на площині плівки). Добре видно клітинну стінку, окремі хлоропласти та заповнені водою пухирці.

Помістіть кілька ниток дербезії під мікроскоп, використовуючи 40- або 100-кратне збільшення, і ви легко побачите, що талом (тіло рослини, яке не можна розділити на корінь, стебло або листя) складається з ніжних і досить красивих ниток, які можуть виростати до 10 см в довжину. Зелений колір відображає пігменти хлорофілу, які містяться в хлоропластах, і навіть при такому малому збільшенні можна побачити, що хлоропласти розкидані всередині ниток, а між ними знаходяться заповнені рідиною пухирці (вакуолі). Збільшіть збільшення до 1000 разів і ви зможете побачити окремі пластиди і клітинну стінку, яка складається з маннану. Можливо, ви також зможете помітити деякі з численних ядер?

Малюнок 1: Репродуктивний цикл дербесії (з Hoek & Al (1978) In Fosså & Nilsen (1996).

Дербезія є гетероморфним диплогаплоном. Це означає, що протягом повного життєвого циклу водорость змінює гаплоїдну та диплоїдну стадії, які виглядають по-різному. Спорофіт – це нитки водорості (А), на яких розвиваються грушоподібні спорангії (В), що прикріплюються до ниток водорості за допомогою невеликої ніжки. Всередині спорангіїв шляхом мейозу розвиваються зооспори (C і D). Близько половини зооспор осідає і розвивається до жіночих гаметофітів, тоді як інша половина осідає і розвивається до чоловічих гаметофітів (E & F). Гаметофіти виростають приблизно до 5 мм у висоту і відомі як стадії галіцистису. Галіцисти містять хлоропласти, багато ядер і велику вакуолю в центрі. Фертильний чоловічий гаметофіт розвиває світло-зелені плями, і чоловічі гамети вивільняються через пори (E і G). Жіночий гаметофіт розвиває темно-зелені плями і випускає жіночі гамети (F & H). Гамета зливається з зиготою (I), яка осідає і росте до нового спорофіту. Життєвий цикл завершено.

Продовжуйте розглядати нитки водоростей при малому збільшенні, і пройде небагато часу, перш ніж ви виявите грушоподібні вирости на нитках. Це спорангії, і вони дають вам першу підказку, що ви наближаєтеся до репродуктивного циклу зеленої нитчастої водорості. Тепер це стає захоплюючим! (Будь ласка, зверніть увагу на малюнок 1 і текст, що описує репродуктивні цикли цього виду).

Рисунок 7: Галіцистичні стадії дербесії. Світло-зелені гаметофіти ростуть з живого каменя в рифовому акваріумі. 9-кратне збільшення на площині плівки.

Вперше побачивши спорангії, я не зрозумів, що це насправді таке. Однак я знайшов три таких структури, які росли пліч-о-пліч, і помістив їх у центр поля зору мікроскопа. Було ясно, що ці три структури перебували на різних стадіях розвитку, оскільки та, що знаходилася посередині, була набагато світліше зеленої, тоді як дві інші були пофарбовані в дуже темно-зелений колір. Клітинна мембрана праворуч у полі зору також була розширена більше, ніж у двох інших. А потім, коли сильне світло від мікроскопа нагріло об’єкт, що розглядався, цей спорангій вибухнув, вивільнивши всі свої зооспори за кілька секунд.

Рисунок 8: Спорофіт зі спорангіями, як він виглядає через бінокулярну лінзу при 6-кратному збільшенні на площині плівки.

Рисунок 9: Спорофіт та спорангії, як видно через мікроскоп при 40-кратному збільшенні на площині плівки. Зверніть увагу на багато епіфітних діатомових водоростей, вільноживучу діатомову водорость і, ймовірно, зооспори та дрібні вільноживучі джгутикові, розкидані по всьому полю зору.

Зображення 10 + 11: Три спорангії виросли з талому спорофіту Derbesia. Зверніть увагу, що середній спорангій незрілий і світло-зелений, тоді як два інших – зрілі і темніші. У правого спорангія клітинна мембрана розширена. Коли тепло від лампи мікроскопа нагріває об’єкт, правий спорангій вибухає, вивільняючи зооспори. 100-кратне збільшення на площині плівки.

На щастя, мені вдалося сфокусувати все це, і я був там, щоб зафіксувати все це на плівці. Це був один з тих моментів, які не забуваються. Він може дуже добре проілюструвати, як багато біології вчить рифовий акваріум!

Зооспори швидко віддалялися своїми циркулюючими рухами, і коли я подивився на інші зразки, то виявив, що зооспори з Дербесії були всюди.

Коли пізніше я дослідив поверхню деяких шматків живого каміння, вкритих червоними вапняними водоростями, я виявив те, що спочатку вважав кулястими водоростями з роду Valonia або Cyrtocaria, але пізніше зрозумів, що насправді я знайшов гаметофіти Derbesia (відомі як Halicystis – стадії, хоча і схожі на Valonia).

Змінюючись між статевою та нестатевою стадіями, зелені нитчасті водорості спроможні найбільш ефективно поширюватися і в той же час зберігати генетичну мінливість. За допомогою мікроскопа ви зможете спостерігати за цим цікавим об’єктом біології зблизька!

Червона водорость

Якщо життєвий цикл дербезії здається складним, то життєвий цикл червоних водоростей (Rhodophyta) ще складніший. Як показано в Таблиці 2, багато червоних водоростей мають життєві цикли, які включають три різні стадії. Серед них є представники роду Ceramium, червоні водорості, які зазвичай з’являються в морському акваріумі.

Кераміум – різноманітний рід з космополітичним розповсюдженням. Більшість видів є дерновими водоростями в більш холодних водах, і часто зустрічаються від середньої літоральної зони і нижче. На коралових рифах деякі види Ceramium є членами дернових водоростей, які зазвичай зустрічаються на рифових валунах і біля основи коралів. Payri та ін. (2000) згадують шість видів з Французької Полінезії, в той час як Ceramium rubrum є поширеним видом уздовж узбережжя Європи і згадується в багатьох публікаціях (наприклад, Campbell, 1977). Littler та ін. (1989) згадують рід з Карибського басейну та Бразилії, а Abbott (1997) наводить 6 видів з Гавайських островів.

Типовий життєвий цикл червоних водоростей показано на Рисунку 2. Загалом, типовий життєвий цикл виглядає наступним чином: Диплоїдний тетраспорофіт розвиває спорангії і виробляє тетраспори шляхом мейозу. Тетраспори розвиваються до чоловічих та жіночих гаметофітів, які розвивають чоловічі та жіночі гаметангії, що виробляють гамети. Чоловічі гамети виробляються в структурах, які називаються антеридіями, тоді як жіночі гамети виробляються в оогоніях, які часто розвиваються як своєрідний контейнер або порожнина на гаметофіті. Чоловічі гамети потрапляють в оогонії, де відбувається запліднення. Запліднена яйцеклітина розвивається до гаплоїдного карпоспорофіта, який є майже невидимою паразитичною рослиною, що живе прикріпленою до материнського гаметофіта. Карпоспорофіт, у свою чергу, виробляє карпоспори, які виростають у новий диплоїдний тетраспорофіт.

Рисунок 2: Схема типового життєвого циклу червоних водоростей. За Wallace & al. (1986) та Fosså & Nilsen (1996).

Очевидно, що репродуктивний цикл у червоних водоростей дуже складний. За допомогою мікроскопа мені вдалося виявити карпоспорофіти Ceramium, як показано на рисунках 12 і 13. Поки що мені не вдалося виявити спорангії, але я закликаю акваріумістів дослідити свої червоні водорості, щоб, можливо, виявити більше складного, але цікавого життєвого циклу червоних водоростей.

Малюнок 12: Крупним планом карпоспорофіт на Ceramium. 400X на площині плівки. Зверніть також увагу на форму окремих клітин у талому водорості.

Рисунок 13: Таломи та карпоспорофіти Ceramium. 100Х на площині плівки.

Рисунок 14: Невідома зелена водорость, що росте на передньому склі невеликого рифового акваріума. 200Х на площині плівки.

Рисунок 15: Зооксантелли крупним планом. Зразок з Euphyllia ancora. Збільшення 400Х на площині плівки.

У наступній частині цієї серії ми розглянемо деяких особливих тварин, за якими ви можете полювати під мікроскопом у своєму рифовому акваріумі. Однак я не можу вас поки що відпустити…

Кілька років тому, коли я працював з невеликим експериментальним акваріумом (Нільсен, 1999), я помітив дивний плямистий ріст зелених водоростей на передньому склі мого акваріума. Я скористався мікроскопом і виявив дивну водорость, як показано на малюнку 14. Досі ця водорость залишається неідентифікованою, навіть до роду. Чи може хтось допомогти її ідентифікувати?

І на завершення: Не забувайте, що за допомогою мікроскопа можна ближче познайомитися з найважливішими з усіх водоростей на кораловому рифі і в кораловому акваріумі – зооксантеллами. Симбіотичні водорості належать до роду Symbiodinium. Традиційно вважалося, що існує лише один вид (S. microadriaticum), але на сьогоднішній день ми знаємо, що існує декілька видів і що водорості розвивають специфічні штами у відповідь на відмінності в навколишньому середовищі.

Відріжте щупальце широкого поліпа кам’янистого корала (наприклад, Euphyllia sp.) або відріжте невеликий шматочок м’якої гілки корала. Злегка стисніть тканину і дайте тканинній рідині зразка розтектися по предметному склу мікроскопа. Накрийте його і використовуйте мікроскоп. Ви легко побачите крихітних коричневих динофлагелят, які відповідають за ріст і екологічний успіх тропічної гігантської підводної структури під назвою “кораловий риф”.

Список використаних джерел

1. Abbott, I. (1997):
2. Кемпбелл, А.К. (1977) Плантатор Og Dyr I Grunne Farvann. Gyldendal Norsk Forlag, Осло, Норвегія (норвезькою мовою). оригінальне видання: The Hamlyn Guide To the Seashore And Shallow Seas Of Britain And Europe. The Hamlyn Publishing Group Ltd. (1976), Великобританія.
3. Дрінг, М. Дж. 1986. Біологія морських рослин. Едвард Арнольд, Лондон, Великобританія, 199 с.
4. Фоссо, С. А. та А. Я. Нільсен (1996): Сучасний акваріум коралових рифів, том 1.
5. Видання. Birgit Schmettkamp Verlag (bsv), Борнхайм, Німеччина.
6. Hoek, C. Vand Den 1984 algen. 2. Ausgabe. Thieme Verlag, Stuttgart, Gernany. 481 с.
7. Лілльтер, Д. С., М. М. Літтлер, К. Е. Бухер та Дж. (1989). морські рослини Карибського басейну. Airelife Publishing Ltd., Шрусбері, Великобританія.
8. Нільсен, А.Я. (1999): Невеликий експериментальний акваріум. морські риби та рифи 1 (1):102-120.
9. Пайрі, К., А. Де Р. Н’єр і Ж. Оремпуллер (2000). водорості Французької Полінезії. Au Vent Des Iles, Таїті (isbn 2-909790-82-7).
10. Рідль, Р. (ред.) (1983): Фауна і флора Міттельмеєрських островів. Parey Verlag, Hamburg-berlin.
11. Уоллес, Р. А., Д. Л. Кінг та Г. П. Сандерс (1986): біологія “Наука про життя”. 2. Видання. Scott, Foresman And Company, Usa. 1217 Pp.

Source: reefs.com