Навіщо Водорості в природі?

Водорості широко поширені по всьому світу. Більшість з них можна зустріти в прісних водоймах (представники харофітів і хлорофіцієвих), але чимало солоноватоводних і морських форм (більшість представників класу ульвофіцієвих). Вони зустрічаються у водоймах різної трофності (від дистрофних до евтрофних) і з різним вмістом органічних речовин, водневих іонів (від лужних до кислих), при різних температурах. Є зелені водорості, які пристосувалися до життя в ґрунті і наземних місцях. Їх можна зустріти на корі дерев, скелях, різних будівлях, на поверхні ґрунтів і в товщі повітря. Масовий розвиток мікроскопічних зелених водоростей викликає «цвітіння» води, ґрунту, снігу, кори дерев і т.д. Так, Chlamydomonas nivalis можна виявити високо в горах на снігу, забарвленому в червоний колір. У цього виду хлорофіл маскується каротиноїдними пігментами.

Своєрідну екологічну групу представляють ендолітофітні зелені водорості, пов'язані з вапняним субстратом. По-перше, ці водорості вміють бурувати. Вони роблять вапняний субстрат рихлим, через що він легко піддається різним впливам хімічних і фізичних факторів. По-друге, ряд зелених водоростей у прісних і морських водоймах здатні переводити розчинені у воді солі кальцію в нерозчинні і відкладати їх на своїх таломах. Ряд тропічних зелених водоростей, зокрема Halimeda, відкладає в таллом карбонат кальцію. Вони беруть активну участь у будівництві рифів. Гігантські поклади останків Halimeda, іноді досягають 50 м у висоту, вони зустрічаються в континентальних шельфових водах, зв'язаних з Великим Бар'єрним рифом в Австралії та інших регіонах, на глибині від 12 до 100 м.

Зелені водорості, вступаючи в симбіотичні відносини з грибами, входять до складу лишайників. Близько 85 % лишайників містять одноклітинні і нитчасті зелені водорості, 10 % лишайників містять ціанобактеріальних партнерів і 4% (і більше) містять ціанобактерії і зелені водорості. Як ендосимбіонти вони існують в клітинах найпростіших, гідр, губок і деяких плоских червів. Ряд зелених водоростей розвивається на шерсті ссавців.

Існують паразитичні представники зелених водоростей, більшість з яких в якості господарів мають вищі рослини. Так, Phyllosiphon викликає пожовтіння листя рослини-хазяїна. Cephaleuros – облігатний ендофіт листя сотень видів рослин, включаючи каву, чай та інші. Він викликає захворювання, відомі як «іржа». Види Prototheca можуть викликати зараження людини, великої рогатої худоби та деяких інших тварин. У людей вони є причиною шкірних захворювань і зрідка – бурситів і перитонітів, у великої рогатої худоби можуть бути причиною маститів.

Ряд зелених водоростей мають господарське значення. Їх використовують як індикаторні організми в системі моніторингу водних екосистем. Наприклад, Агентство з захисту навколишнього середовища США рекомендує використовувати в тестах для прісних вод такі індикаторні організми, як Selenastrum capricornutum і Scenedesmus subspicatus. Зелені водорості застосовують для очищення і доочищення забруднених вод, а також як корм у рибогосподарських водоймах. Деякі види використовуються населенням ряду країн в їжу. Для цих цілей, наприклад, в Японії, спеціально культивують Ulva і Enteromorpha. Окремі види зелених водоростей використовують як продуценти фізіологічно активних речовин. Так, види роду Haematococcus культивують у промислових масштабах для отримання каротиноїду астаксантину, Botryococcus – для отримання ліпідів. У той же час з «цвітінням» води одного з озер на Тайвані, викликаного Botryococcus, пов'язують загибель риб.

Види родів Chlorella і Chlamydomonas – модельні об'єкти для вивчення фотосинтезу в рослинних клітинах. Гігантські багатоядерні таломи Acetabularia, багатоклітинні таломи Chara і одноклітинних представників Dunaliella і Chlamydomonada в генній інженерії використовують як об'єкти для трансформації енергії для отримання біопалива та сировини.

Як можна використати водорості в промисловості

 Використання Водоростей

Водорості використовують для виробництва біопалива, оскільки таке біопаливо з підвищує екологічну та продовольчу безпеку.

Водорості характеризуються відсутністю лігніну і низьким вмістом клітковини, завдяки чому вони краще, аніж наземні рослини, підходять для цілковитого біологічного розпаду у метан. 


Мікроводорості – значно ефективніші перетворювачі сонячної енергії, аніж наземні рослини, чимало з них містять природні олії.

Великі брунатні водорості (морські водорості), природно ростуть дуже швидко в легкодоступних прибережних районах, їх легко використовувати в якості біопалива.

Крім того, як макро-, так і мікроводорості можна піддавати перетравлюванню чи бродінню з метою отримання палива. Можливо, це і є паливо майбутнього?

Перемістимося на інший бік земної кулі, до Канберри, столиці Австралії. Нас і далі цікавлять водорості, але в цьому випадку вони є причиною серйозної проблеми для озера Берлі-Ґріффін.



Тут шар токсичних синьо-зелених водоростей закупорює озеро, що іноді призводить до його вимушеного закриття. Але нові технології, використовуючи енергію Сонця, здатні допомогти очистити воду.

Фотобіореактори

предлагаем фотобиореакторы закрытого типа для промышленного выращивания микроводорослей хлорелла (Chlorella vulgaris) и спирулина (Spirulina platensis), в качестве исходного сырья для продуктов питания и как функциональное дополнение, например, в молочных продуктах, напитках, хлебобулочных и макаронных изделиях, а также использоваемые в пищу и в качестве биологически активной добавки (БАД) или как биодобавки в кормах.

Фотосинтетична трансформація енергії

Якщо розглянути два шляхи конверсії біомаси то один з них відбувається через фотосинтез, який у окислювально-відновлювальних процесах хлорофілвміщуючих рослин супроводжується виділенням кисню (реакція 1), або проходить без виділення кисню, як у фотосинтезуючих бактерій.

С02 + Н20 -> СН20 + 02 + 112 ккал/моль

При випрямінюванні сонячної радіації в ясний день 800 Вт/м2 або 16,6 ккал/м2*день (1Вт=0,24ккал/с)
 
В цьому процесі на кожні 112 ккал енергії, яка запасається рослиною, утворюється максимально 3О г сухої маси органічної сполуки. При повному використанні всієї падаючої сонячної радіації утворилося б теоретично при максимальному енергетичному виході фотосинтезу 4500 г сухої органічної маси в день. 

Враховуючи енергетичну ефективність фотосинтезу в 14%, сильні окислювальні процеси при фотосинтезі і інше, реальна ефективність утворення органічної речовини має бути порядку 3%, тобто утвориться при благоприемних умовах 135 г сухої речовини за добу. В принципі такі добові прирости біомаси можна спостерігати на практиці. Вцілому, земний фотосинтез відбувається не ефективно, з к к.д. =0,1 — 0,3%, і конвертує 3*1024 Дж сонячної радіації, яка падає на поверхню землі на протязі року, перетворюючи її в хімічну енергію асимилюючи 2*1011 т вуглецю. 

Видобуток й використання корисних паливних копалин (газ, вугілля, нафта) складає 1,8*109 т/рік або 1,05% світової продуктивності біомаси. Природня продуктивність фотосинтезу в виробничих умовах може бути підвищена в 10, 100 раз і майже до теоретично максимальних значень. Особливо це відноситься до мікробіологічних фотосинтезуючих систем, які характеризуються високою ефективністю фотосинтезу. При фоторозкладі води суспензією водорості хлорели може утворюватись 130- 140л(~6 молей) кисню з 1 м2 поверхні води за добу, продуктиність по водню може складати біля 12 молей/м2 за добу, приріст біомаси до 150 г/м2 за добу або 6 г/м2 за годину. 

Біомаса водорості Clorella є перспективним видом не тількі по продуктивним показникам, а й по своєму хімічному складу, бо її стінка утворена з целлюлози, яка може легко бути далі конвертована в технічно доступний вид палива (СЩ) по двох анаеробних біоенергетичних шляхах з участю  метаногенних мікробних асоціацій  або воденьутворюючих мікроорганізмів.

Де не ростуть Водорості

Во́дорості (лат. Algae) — гетерогенна група, деякі види автотрофні. Ця група охоплює кілька різних груп відносно простих за структурою живих організмів, які отримують необхідну для життєдіяльності енергію шляхом фотосинтезу, мешкають переважно у водному середовищі чи пристосувались до життя у ґрунті та інших наземних місцезростаннях. Водорості традиційно розглядалися як нижчі рослини і дійсно, деякі з них (Зелені водорості) близько споріднені до вищих рослин . Проте інші представляють різні групи найпростіших, наряду з тими, які традиційно вважалися схожими до тварин (наприклад, Apicomplexa). Різні групи водоростей виникли у різний час від різних предкових форм (поліфілетично) та розвивалися окремо, але в результаті конвергентної еволюції набули багато схожих рис.

Планктонні водорості (фітопланктон)
Діатомові водорості — представник фітопланктону

   Фітопланктон

Мешкають у товщі води у завислому стані, для чого зазвичай мають спеціальні морфологічні
пристосування. Розповсюджені повсюдно: від калюжі до океану. Відсутні лише у гарячих термальних джерелах та у чистих прильодовикових водах. Не знайдені також у печерних озерах та на великій глибині, де відсутня достатня кількість сонячної енергії для фотосинтезу. Вони є основним, а у деяких випадках — єдиним продуцентом органічної речовини, на основі якого у водоймі існує все живе.



Нейстонні водорості

Мешкають у поверхневій плівці води та не є планктонними організмами. Деякі нейстонні організми знаходяться на поверхневій плівці (епінейстон), інші — під нею (гіпонейстон). У деяких випадках нейстонні організми розвиваються у таких кількостях, що покривають воду суцільною плівкою і мають вирішальне значення у подальшій долі водойми.
Бентосні водорості (фітобентос)

   Бентос

Розвиток водоростей у конкретному місцезростанні зумовлений як абіотичними, так і біотичними факторами. Різні види бентосних водоростей ростуть на різній глибині та у різних гідрохімічних та гідрологічних умовах на дні водойми у вільному або прикріпленому стані. Умовно розрізняють такі екологічні групи бентосних організмів: епіліти (на твердому субстраті) та епіпеліти (на м'якому субстраті), епіфіти (на поверхні рослин), ендоліти (у вапнякових відкладах), а також паразитичні та ендосимбіотичні форми. У континентальних водоймах серед бентосних водоростей переважають діатомові, зелені, синьозелені та жовтозелені водорості, тоді як основними мешканцями океанів та морів є бурі та червоні водорості.
Перифітонні водорості

    Перифітон

Мешкають на поверхні різних субстратів, на межі рідкої та твердої фаз. У якості субстратів для обростання можуть виступати інші водорості, водні тварини та рослини та їх рештки, а також штучні та природні тверді мінеральні субстрати. Зазвичай можуть мати спеціальні органи для прикріплення, утворення яких зумовлене як морфологічно (різноманітні вирости) та хімічно (слиз). Поряд із молюсками створюють певні труднощі при експлуатації суден та гідротехнічних споруд.
Наземні водорості та лишайники

    Лишайники

Мешкають поза водоймами. Протягом майже всього життя оточені повітрям, тому їх ще називають аерофітними. Поселяються на стовбурах дерев, кущів та кущиків, скелях та камінні. Мають пристосування до виживання у наземному середовищі, мешкають у симбіотичних асоціаціях з мікобіотою (лишайники).
Ґрунтові

Мешкають як на поверхні ґрунту, утворюючи іноді розростання у вигляді плівок, так і у глибині ґрунту, де зустрічаються на глибині 2-2,7 м. Найкраще розвиваються біля поверхні на глибині 0,2-1,0 см. Перш за все, це пов'язано з такими необхідними умовами, як вологість, аерація та освітленість. Грають велику роль у ґрунтотвірних процесах.
Водорості гарячих вод

Вегетують за температури від +35 °C до +52 °C, в окремах випадках +75 °C, +80 °C та до +84 °C, часто за умов підвищеної концентрації органічних речовин та мінеральних солей.
Водорості солоних водойм
Dunaliella salina у ропі

Вегетують як при слабкій, так і підвищеній концентрації солей у воді (іноді до 285–347 г/л). Деякі з них (наприклад, Dunaliella salina) використовують для промислового культивування для отримання каротиноїдів.
Водорості вапнякових відкладів

Мешкають як у водному середовищі, так і поза ним. Можуть руйнувати (шляхом виділення органічних кислот) та створювати (виділяючи кальцій) вапнякові породи.
Співжиття з іншими організмами

Оскільки водорості є широко розповсюдженими організмами, вони вступають у різні форми взаємовідносин з іншими організмами. Окрім взаємодій водоростей із рослинами, грибами (лишайники) та власне водоростями, вони живуть і на тваринах. Наприклад, є симбіонтами, що мешкають у клітинах інших організмів, зокрема, безхребетних. Так, зелена водорість роду Хлорела (Chlorella) поселяється у вакуолях інфузорії Paramecium bursaria. Цікаве екологічне угруповання складають епізоїти, що мешкають на ракоподібних, коловертках та ін. Паразитичні водорості, що мешкають у кишечниках червів, нематод, амфібій, відомі серед євгленофітових та динофітових водоростей.