Aļģes

Laurencia — sārtalģe, kuru var sastapt netālu no Havaju salām

Brūnaļģe Laminaria digitata

Aļģes (Algae) ir neviendabīga grupa, kurā iekļautie organismi ir veidojušies dažādā laikā, no dažādiem priekštečiem un tikai konverģentās evolūcijas gaitā ieguvuši vienojošas pazīmes. Raksturīgākā kopējā pazīme ir fotosintētisku pigmentu esamība aļģu šūnās. Visas aļģes satur vismaz viena veida hlorofilu, kas nodrošina autotrofu barošanos gaismā, kā arī citus pigmentus, kas piešķir tām dažādu krāsu. Atšķirībā no augiem tām ir daudzveidīgas formas (kausveida, lentveida, spirālveida u. c.) hloroplasti, kurus sauc par hromatoforiem. Aļģu šūnas sedz membrāna un šūnapvalks, kas satāv no hemicelulozes un pektīna. Šūnās ir visi eikariotiem raksturīgie organoīdi. Zilaļģēm šūnas uzbūve ir atšķirīga. Aļģes ir gan mikroskopiski vienšūnas organismi, gan to kolonijas, gan daudzšūnu organismi, kuru lapoņveida ķermenis var būt vairākus desmitus metru garš. Mūsdienu taksonomijā starp aļģēm ir dažādu bioloģisku valstu un pat impēriju pārstāvji: gan monēras, gan protisti. Aļģes aug galvenokārt ūdenī (piestiprinājušās vai brīvi peldošas), bet daļa sugu dzīvo mitrā augsnē, uz koku mizas, klintīm un citur. Zinātni, kas pētī aļģes sauc par algoloģiju un pētniekus par algologiem.

Visticamāk, ka aļģu nosaukums radies no latīņu valodas (latīņu: algae — "jūraszāles"), tomēr pastāv arī citas versijas.

Uzbūve

Eikariotiskās vienšūnas aļģes var būt gan nekustīgas, gan aktīvi peldošas ar vienas vai divu vicu palīdzību. Šūnu visbiežāk sedz šūnapvalks, reizēm vēl ir papildus aizsargapvalks, kas veido bruņas vai čaulu. Dažām kustīgajām sugām šūnas priekšgalā ir gaismu uztverošs pigments ― stigma jeb actiņa. Šūnas centrālo daļu aizņem vakuola ar šūnsulu, bet citoplazmā atrodas dažādi organoīdi. Hloroplastiem ne tikai piemīt daudzveidīga forma, bet tos var norobežot divas, trīs un pat četras membrānas. Zinātnieki to skaidro ar endosimbiozi, kas evolūcijas laikā dažādām aļģu grupām ir notikusi vairākkārt.

Koloniju aļģēm parasti ir lodveida vai ovāla forma. Atšķirībā no daudzšūnu organismiem, kur šūnas veic atšķirīgas funkcijas, kolonijā katra šūna ir patstāvīgs veidojums. Savā starpā tās ir saistītas vai nu ar citoplazmas tiltiņiem, vai arī no ārpuses visu grupu aptver gļotains apvalks. Ārējā slānī esošajām šūnām mēdz būt vicas, kurām kustoties kolonija pārvietojas. Šūnām daloties, kolonijas kļūst lielākas un dažreiz ir saskatāmas pat bez mikroskopa.

Daudzšūnu aļģēm ķermenis nav diferencēts pamatorgānos ― tām nav sakņu, stumbru vai lapu. Šādu ķermeni sauc par laponi jeb talomu. Vienkāršākais aļģu lapoņu veids ir pavediens, kur šūnas novietotas vienā vai nedaudzās paralēlās rindās. Daļai aļģu ir plātņveida laponis, kas ar nelielu izaugumu jeb rizoīdu palīdzību piestiprinās substrātam. No visām pārējām aļģēm krasi atšķiras mieturaļģu ķermenis, kas sastāv no galvenās ass un mieturos izkārtotiem sānzariem. Neraugoties uz ārējo līdzību, arī šo aļģu uzbūve atšķiras no augiem.

Vairošanās

Volvoksu kolonijas ar meitkolonijām

Aļģes vairojas bezdzimumiski un dzimumiski. Bezdzimumvairošanās notiek veģetatīvi ― ar atsevišķām organisma daļām, vai arī tiek veidotas speciālas šūnas jeb sporas. Vienšūnas aļģes vienkārši dalās uz pusēm, bet daudzšūnu lapoņi sairst nelielos gabalos jeb fragmentējas. Sporas var būt gan nekustīgas, gan kustīgas. Kustīgās sauc par zoosporām, tās pārvietojas ar vicu palīdzību un drīz vien pārvēršas par jaunu aļģi. Koloniju aļģēm dažas šūnas ir specializējušās vairošanās procesam. Katra no tām var bezdzimumceļā dalīties un veidot meitkolonijas, kas atbrīvojas, sairstot mātkolonijai. Aļģu bezdzimumvairošanos veicina optimāla temperatūra, gaisma un pieejamās barības vielas.

Dzimumvairošanās notiek, saplūstot dzimumšūnām jeb gametām. Vairākām aļģu sugām abu veidu gametas ārēji ir vienādas, taču fizioloģiski atšķiras. Pēc apaugļošanās izveidotajā zigotā ir barības vielu rezerves, kas palīdz miera stāvoklī pārdzīvot nelabvēlīgus vides apstākļus. Tikai pēc apstākļu uzlabošanās zigota dīgst, un veidojas jauns organisms. Citām sugām jauna aļģe rodas tūlīt pēc zigotas izveidošanās.

Izplatība

Aļģu izplatību dabā ietekmē fotosintēzei nepieciešamā gaisma, ūdens ķīmiskais sastāvs, temperatūra un citi apstākļi. Visvairāk aļģu sugu dzīvo ūdens vidē, tām nav pielāgojumu ūdens saglabāšanai ķermenī ilgstoša sausuma apstākļos. Sugu daudzveidību ūdenstilpē ietekmē ūdenī izšķīdušo sāļu sastāvs un fotosintēzei nepieciešamais oglekļa dioksīds.

Iekļūstot ūdenī, dažāda garuma gaismas viļņu intensitāte samazinās atšķirīgi: sarkanās gaismas stari nevar nokļūt dziļāk par 10 m, pēc tam pakāpeniski dziest dzeltenie, zaļie un zilie stari, bet violetā gaisma spēj sasniegt pat 500 m dziļumu. Aļģu augšanas dziļumu ietekmē to šūnās esošie pigmenti, kas uztver gaismas starus. Zaļaļģēm nepieciešama intensīvāka gaisma, tāpēc tās aug tuvāk ūdens virsmai. Jūrās par aļģu attīstības kritisko robežu pieņem 100 m dziļumu, kur vēl iespiežas dzeltenie un zaļie gaismas stari, tikai nedaudzas sārtaļģu sugas spēj augt vēl dziļāk. Saldūdeņi nav tik dzidri, tas apgrūtina gaismas iekļūšanu ūdenstilpes dziļākajos slāņos. Vairākas mikroskopisko aļģu sugas ir spējīgas baroties arī ar gatavām organiskajām vielām. Ilgstoši atrodoties tumsā vai dzīvojot ar organiskām vielām piesārņotā ūdenī, tās pilnīgi pāriet uz heterotrofu barošanos. Šīm aļģēm var izzust pigmenti, un tās kļūst bezkrāsainas.

Aļģes ir sastopamas plašās temperatūras robežās ― no polārajām jūrām līdz dzīvei karstajos avotos. Izturīgākas ir sugas ar primitīvu uzbūvi. Ir zināmas aptuveni 70 aļģu sugas, kas dzīvo Arktikas un Anatrktīdas, kā arī kalnu ledājos. Vasarā, kad atkūst sniega vai ledus virskārta, šīs aļģes strauji vairojas un rada sniega krāsas izmaiņas. Piemēram, plaši pazīstamo parādību ― sarkano sniegu ― izraisa aļģe Chlamydomonas nivalis, kurai ir sarkanas krāsas pigmenti, bet kramaļģu savairošanās piešķir kalnu sniegam brūnganu nokrāsu.

Uz sauszemes dzīvojošās mikroskopiskās aļģes mitrā laikā strauji vairojas, un ir redzamas uz ēku sienām, klintīm, akmeņiem, koku stumbriem un augsnes virskārtas. Ja iestājas sausuma periods, aļģu šūnas pāriet miera stāvoklī un var saglabāties pat vairākus gadu desmitus.

Klasifikācija

Aļģu klasifikācijas vēsture

Kaut arī Kārlis Linnejs (Karl von Linne) 1754. gadā aļģes izdalīja atsevišķā sistemātiskā grupā, viņš sīkāk nepaskaidroja to klasifikāciju. Laika posmā no 1836. līdz 1840. gadam tika publicēta austriešu botāniķa Stefana Endlihera (Stephan Ladislaus Endlicher) sistēma, kurā viņš augu valsti iedalīja divās grupās: zemākie augi (Thallophyta) un augstākie augi (Cormophyta). Zemākos augus viņš tālāk iedalīja trīs klasēs: aļģes, ķērpji un sēnes. Termins zemākie augi turpmāk tika lietots daudzu autoru darbos. Arī 20. gs. zinātnieki turpināja aļģes, sēnes un ķērpjus klasificēt kā zemākos augus, vai arī veidoja atsevišķas šo organismu grupu sistēmas, neuzsverot kopēju piederību zemākajiem augiem.

Aļģu sīkāka klasifikācija sākumā tika veikta pēc to krāsas. Piemēram, vācu botāniķis Johans Heinrihs Frīdrihs Links (Johann Heinrich Friedrich Link) 1820. g. aļģes klasificēja, pamatojoties uz pigmenta krāsu un struktūru. Vairumā gadījumu mūsdienu bioķīmiskās analīzes apstiprina šādu iedalījumu. Arī īru algologs Viljams Henrijs Hārvijs (William Henry Harvey) 1836. gadā ierosināja klasifikācijā izmantot aļģu pigmentus, kā arī ņemt vērā organismu dzīvotni. 19. gs. otrā pusē zinātnē sākās filoģenētiskās sistemātikas periods ― centieni parādīt dažādu taksonu izcelšanos, vēsturisko attīstību, savstarpējo radniecību. Vairāku autoru veidotās sistēmas atšķiras gan pieejamo datu dēļ, gan ar vienu un to pašu faktu dažādo izskaidrojumu. Par vispilnīgāko tika atzīta vācu zinātnieka Ādolfa Englera (Heinrich Gustav Adolf Engler) izveidotā sistēma, kurā ir 13 zemāko augu nodalījumi, starp tiem zilaļģes, zaļaļģes, brūnaļģes, mieturaļģes, sārtaļģes un citi.

Vienlaikus zinātnē bija ieviests termins protisti, lai varētu klasificēt organismus, kas nepieder ne pie augiem, ne pie dzīvniekiem. 20. gs. beigās tika plaši atzīta Roberta Vitakera (Robert Harding Whittaker) izveidotā sistēma, kurā visas eikariotiskās aļģes ir protistu valsts pārstāvji, bet zilaļģes pieder pie monēru valsts.

Turpinot pētīt aļģu dzīves cikla stadijas, izmaiņas šūnu uzbūvē, šūnu ķīmisko sastāvu, kā arī izmantojot ģenētiskus pētījumus, zinātnieki secina, ka eikariotiskās aļģes ir pārāk atšķirīgas, lai varētu piederēt vienai organismu valstij. Pēc Tomasa Kavaljē-Smita (Thomas Cavalier-Smith) 1998. gadā publicētā organismu sistēmas modeļa brūnaļģes, zeltainās aļģes un kramaļģes pieder pavisam citai valstij, kuru autors ir nosaucis par hromistiem (Chromista).

Aļģu iedalījums

Eiglēnaļģe Euglena gracilis

Dažādas Ulvophyceae klases zaļaļģes

Mieturaļģes

Pazīstamas apmēram 30 000 aļģu sugas (Latvijā — ap 2680), kuras atkarībā no pigmentiem, uzbūves un bioķīmiskā sastāva iedala:

• Zaļaļģes (Chlorophyta) ir sugām visbagātākais nodalījums ar lielu formu daudzveidību. Tās izplatītas galvenokārt saldūdeņos, tomēr daudzas sugas sastopamas arī jūras piekrastē, uz mitras augsnes un koku stumbriem. Aļģes satur zaļus hromatoforus, kas rada asimilācijas produktu ― cieti. Vairumam zaļaļģu šūnās ir liela centrālā vakuola, tāpēc visas pārējās sastāvdaļas atrodas ārmalā.
• Zilaļģes jeb cianobaktērijas (Cyanophyta) aug visos ūdeņos — gan peļķēs, gan okeānos, bet visbiežāk saldūdeņos. Sastopamas arī uz augsnes un daudzu ķērpju laponī. Atšķirībā no pārējiem aļģu nodalījumiem, tām nav ar membrānu norobežota kodola un hromatoforu. Raksturīgākie pigmenti ir fikocianīns un fikoeritrīns, kuru kombinācijas nosaka zilaļģu krāsu. Vasarā zilaļģes bieži ir ūdens "ziedēšanas" cēlonis, kā rezultātā vērojama zivju slāpšana. Daļa sugu izdala indes, kas bīstamas ūdens dzīvniekiem un cilvēkiem. Ražo lielu daudzumu skābekļa, iespējams, senā pagātnē proterozojā radījušas "skābekļa katastrofu", piepildot atmosfēru ar skābekli, kas oksidēja metānu un izsauca Zemes atdzišanu.
• Kramaļģes, diatomejas (Bacillariophyta) galvenokārt ir vienšūnas organismi, kuri sastopami jūrās, saldūdeņos un augsnē. To šūnapvalks sastāv no pektīnvielām, ko sedz krama vāciņi. Parasti kramaļģes savairojas pavasara beigās, kad pēc paliem virszemes ūdeņos ir daudz silīcija dioksīda, kas nepieciešams vāciņu veidošanai. Papildu pigmenti ksantofils un diatomīns nosedz hlorofilu un piešķir aļģēm dzeltenbrūnu krāsu. Asimilācijas produkts ir eļļa. Kramaļģu DNS satur ģenētiskas instrukcijas urīnvielas ciklam, t.i., procesiem, kas regulē slāpekļa izmantošanu un izvadi. Šis process kramaļģēm dod priekšrocības dzīvei ūdenī ar zemu slāpekļa saturu.
• Sārtaļģes (Rhodophyta) sastopamas visās jūrās no tropiem līdz arktiskajiem apgabaliem. Parasti tās aug dziļāk nekā citas aļģes, jo spēj izmantot gaismas starus, kas iespiežas dziļos ūdens slāņos. Raksturīgākie pigmenti — fikoeritrīns (sārts) vai fikocianīns (zils). Asimilācijas produkts ir florideju ciete. Sārtaļģu attīstības ciklā nav kustīgu stadiju ― ne sporām, ne gametām nav vicu.
• Brūnaļģes (Phaeophyta) ir daudzšūnu organismi ar pavedienveida vai gariem plātņveida lapoņiem, kas veido lielas zemūdens audzes. Biežāk sastopamas ziemeļu puslodes jūrās. Šūnapvalks satur gļotainu vielu, kas pasargā uz piekrastes klintīm augošās aļģes no izžūšanas bēguma laikā. Šo aļģu krāsa galvenokārt ir atkarīga no papildu pigmenta ― fukoksantīna. Asimilācijas produkts ir laminarīns.
• Pirofītaļģes (Pyrrophyta) — vienšūnas, koloniju vai pavedienveida aļģes. Hromatofori brūni, satur hlorofilu, karotīnu un ksantofilus. Bezkrāsainās pirofītu sugas dzīvo ar organiskām vielām bagātās ūdenstilpēs. Savairojoties bieži rada ūdens "ziedēšanu".
• Dzeltenzaļās aļģes jeb nevienādvicaiņi (Xanthophyta) — daudzveidīgas formas aļģes, kuru galvenā īpatnība ir divas nevienāda garuma vicas. Hromatoforos vēl bez hlorofila ir daudz karotīna, kas piešķir dzeltenu krāsu. Dzeltenzaļās aļģes galvenokārt sastopamas tīros saldūdeņos, tāpēc ir labs ūdens kvalitātes rādītājs.
• Eiglēnaļģes (Euglenophyta) — kustīgi vienšūnas organismi ar izteiktu šūnas kodolu. Šūnas priekšgalā atrodas vica un gaismas uztvērējs — stigma, kas nodrošina eiglēnu pārvietošanos gaismas virzienā. Eiglēnaļģēm nav īsta šūnapvalka, tāpēc dažas sugas spēj mainīt formu. Visbiežāk sastopamas seklos, ar organiskām vielām bagātos, stāvošos ūdeņos vai lielāku ezeru piekrastē. Piesārņotā ūdenī pāriet uz heterotrofu barošanos, bet tumsā zaudē hloroplastus un kļūst bezkrāsainas.
• Mieturaļģes (Charophyta) — makroskopiski organismi, kuru laponis var sasniegt 50 cm garumu. Tas sastāv no galvenās ass un mieturos sakārtotām sānasīm, kas ārēji atgādina kosas. Nepatīkami smaržo. Mieturaļģes spēj izdalīt uz lapoņa virsmas kaļķi, tad tās kļūst trauslas. Biežāk sastopamas ezeros un dīķos 1―5 m dziļumā uz dūņainas grunts.

Aļģu nozīme dabā

Zilaļģu masa Baltijas jūrā 2014. gadā

• Aļģes ir nozīmīgs skābekļa un barības avots ūdens ekosistēmās. Īpaša loma ir planktona aļģēm, ar tām barojas zooplanktons, kuru savukārt barībai izmanto zivis. Lielo lapoņaļģu audzes ir laba paslēptuve, barošanās un vairošanās vieta daudziem ūdensdzīvniekiem. Mieturaļģes ēd ūdensputni, kas sevišķi svarīgi ir rudens migrācijas laikā.
• Aļģes ar heterotrofu barošanās veidu veic ūdens bioloģisko pašattīrīšanos no organiskā piesārņojuma.
• Dažas aļģu sugas veido simbiotiskas attiecības ar citiem organismiem. Aļģes nodrošina organiskās vielas, bet iegūst papildus aizsardzību savām šūnām. Aļģēm veidojas simbioze ar sēnēm (ķērpja organisms), koraļļiem un sūkļiem.

• Planktonaļģu masveida savairošanās jeb ūdens "ziedēšana" samazina ūdens dzidrību. Tas traucē lapoņaļģēm un ūdensaugiem veikt fotosintēzi. Tiek aizkavēta arī atmosfēras skābekļa iekļuve ūdenstilpē.
• Dažas aļģu sugas izdala toksiskas vielas, kas ir kaitīgas ūdensdzīvniekiem.
• Pēc planktonaļģu atmiršanas notiek to pūšana. Rezultātā ūdenī tiek patērēts skābeklis un izdalās toksiski savienojumi.
• Aļģes veicina ūdeņu aizaugšanu, kas sevišķi strauji notiek seklās ūdenstilpēs.

Izmantošana

• Hlorellas tiek izmantotas pārtikas ražošanā. Tajās ir daudz uzturvielu un minerālvielu.
• No sārtaļģēm iegūst agaru, ko izmanto konditorejā, farmācijā un mikrobioloģijas laboratorijās.
• No brūnaļģēm iegūst algīnu, pektīnam līdzīgu vielu, ko izmanto pārtikas rūpniecībā krēmveida konsistences iegūšanai dažādos produktos.
• Vairākas sārtaļģu un brūnaļģu sugas izmanto pārtikā (porfīras, ulvas, laminārijas u. c.)
• Kramaļģu vāciņi veido nogulsnes, no kurām rodas diatomīts jeb diatomeju zeme. To izmanto kā izolācijas materiālu vai kā filtru.
• No brūnaļģēm var iegūt jodu.
• No aļģēm izdalītās vielas izmanto kosmētikas ražošanā.
• Dzeltenzaļās un eiglēnaļģes tiek izmantotas kā ūdens tīrības bioindikators.
• Ezeru nogulumus, kuros aug mieturaļģes, lieto skābu augšņu mēslošanai, jo tajos ir daudz kaļķa. No jūras izskalotās aļģes ir noderīgas augsnes mēslošanai, jo tās bagātīgi satur kāliju un slāpekli.
• No aļģēm pārstrādes procesā var iegūt biodegvielu.

Skatīt arī

• Heinrihs Skuja — latviešu biologs, kas atklājis vairāk kā 700 jaunu aļģu sugu.
• Ķērpji

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Aļģes.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Mūsdienu Ukrainas enciklopēdijas raksts (ukrainiski)
• Encyclopædia Universalis raksts (franciski)
• Enciklopēdijas Krugosvet raksts (krieviski)
• Aļģu izmantošana Arhivēts 2021. gada 17. septembrī, Wayback Machine vietnē.