В клеточной протоплазме диатомей находится одно или несколько крупных тел шаровидной или овально-уплощенной формы, окрашенных в зеленый, желтый или коричневый цвет. Это хромопласты, особые «органы» растительной клетки, где находится аппарат для улавливания солнечной энергии. Обычно они располагаются непосредственно под внутренней оболочкой, но когда интенсивность света становится велика, уходят внутрь клетки, «в тень».
Погибая, диатомеи медленно тонут. Их маленькое тело по дороге разрушается бактериями, и на дно падают главным образом раковины. Четырехкилометровой глубины достигают только раковины крупных диатомей. Мелкие за это время успевают разрушиться и раствориться в морской воде. На больших глубинах залегают мощные диатомовые илы.
Вторым важнейшим «деревом» висячих садов являются динофлягелляты. В их число входят перидинеи, или панцирные жгутиконосцы, о которых ботаники с зоологами еще окончательно не договорились, считать их растениями или животными, а исследования биохимиков дают основание предполагать, что динофлягелляты не являются ни тем, ни другим, занимая между растениями и животными промежуточное положение.
У этих организмов два жгутика, начинающихся рядом на «брюшной» стороне тела и расположенных перпендикулярно друг к другу. Начальная часть более толстого жгутика лежит в продольном желобке тела, а конец направлен назад и торчит наружу. Второй жгутик занимает поперечное положение, опоясывая тело «по экватору», и тоже уложен в специальной борозде. Некоторые динофлягелляты, хотя и называются панцирными жгутиконосцами, лишены оболочки. Большинство же имеет надежный панцирь, который построен из строго определенного числа пластин, изготовленных из клетчатки. На теле жгутиконосца они уложены в определенном порядке. Благодаря этому под микроскопом водоросль выглядит как сшитый из отдельных кусочков кожи футбольный мяч.
В теле большинства видов перидиней под наружной оболочкой находятся желто-зеленые хромопласты. Они содержат хлорофилл, ксантофилл, перидинин, диноксантин и другие каротиноиды. Те динофлягелляты, которые владеют перечисленными пигментами, довольствуются фотосинтезом и использованием растворенных в морской воде нитратов и фосфатов. Остальные получают энергию, питаясь другими организмами, например, ресничными инфузориями и частичками детрита. Если фотосинтезирующие перидинеи попадают в мутную воду, куда свет не проникает, они способны стать «хищниками». В отличие от диатомей перидинеи — жители тропических и субтропических морей и служат здесь отличной пищей не только для рыбьих мальков, но и для взрослых рыб — сардин и анчоусов.
Некоторые перидинеи способны к свечению. Ночесветки испускают голубовато-зеленый свет с максимальной длиной волны в 470 нанометров, а у гониаулаксов излучение чуть сдвинуто в более длинноволновую часть спектра.
В тропических морях широко распространены представители золотистых водорослей — кокколитофориды. Это очень мелкие жгутиконосцы диаметром не более 30 микрон, имеющие шарообразную или веретенообразную форму и снабженные двумя жгутиками. Одеты они в обычную оболочку, покрытую слоем слизи, а сверху дополнительно оснащенную мелкими известковыми пластинками — кокколитами, форма которых специфична для каждого из 200 видов водорослей. От того, как кокколиты расположены по отношению друг к другу, зависит жесткость и эластичность наружного скелета.
В некоторых районах Мирового океана, в частности в Средиземном море, кокколитофориды способны к массовому размножению, создавая огромную плотность до 30 миллионов в литре воды, и таким образом превосходят по продуктивности диатомей и динофлягеллят, составляя от 30 до 98 процентов мелкой части планктона. Значительна роль кокколитофорид и как накопителей углекислого кальция. Они активно участвуют в образовании мощных, в несколько сот метров толщиной, пластов океанических отложений и материковых пород. В мелах именно им принадлежит ведущая роль. Известковые илы покрывают 2/3 поверхности дна Атлантического океана. В них скелеты кокколитофорид по численности занимают первое место, правда, по массе преобладают раковины фораминифер.
В северных морях заметную часть планктона составляют кремнежгутиковые — одноклеточные водоросли с кремневым наружным скелетом и одним жгутиком. Под оболочкой водорослей лежат золотисто-желтые или бурые хлоропласты, в которых содержатся хлорофилл, фукоксантин и другие каротины. Кремнежгутиковыми питаются личинки иглокожих и других беспозвоночных.
Интересную группу представляют собой широко распространенные разножгутиковые водоросли. Особенно заметна их роль в антарктических морях. При массовом размножении они придают воде зеленоватый оттенок. Водоросли интересны тем, что про запас накапливают в своем теле не крахмал, а жиры. Постоянно встречаются в планктоне и сине-зеленые водоросли. Впрочем, многие их виды предпочитают жить на дне и являются типичными представителями бентоса. По существу, водорослями их считать нельзя. По характеру клеточных ядер их относят к бактериям и называют цианобактериями, хотя среди них встречаются как одноклеточные, так и многоклеточные нитчатые виды, а многие способны образовывать большие скопления в виде корок и кустиков длиной до 20 сантиметров.
Сине-зеленые водоросли содержат хлорофилл, каротиноиды, а также особый фотосинтезирующий пигмент фикобилипротеид, находящийся в специальных тельцах. Они окрашивают водоросли в сине-зеленый или розовый цвет и часто являются причиной цветения воды. Окраска воды Красного моря связана с присутствием там сине-зеленых водорослей. В южных морях, особенно в Индийском океане, при их бурном размножении вода на огромных пространствах приобретает красновато-коричневый цвет. Некоторые виды сине-зеленых водорослей съедобны, а порой обладают способностью фиксации азота воздуха. Видимо, в связи с этим их клетки богаты белком. Вот почему сине-зеленые водоросли считаются перспективным объектом для культивирования с целью получения кормового и пищевого белка.
Плавучие сады занимают верхний стометровый слой воды. Одноклеточные водоросли благодаря незначительной величине легко удерживаются здесь и не тонут. У них велико соотношение размера поверхности и веса, благодаря чему трение о воду значительно и надежно удерживает их в поверхностном слое. Наиболее крупные водоросли, чтобы замедлить падение, пользуются парашютами.
Фабрики фотосинтеза — хромопласты отделены от протоплазмы клетки двумя оболочками. Внутренняя мембрана уложена в хитроумные складки, в результате внутри хромопласта образуется 10–20 плоских мембранных мешочков, уложенных стопкой, как блины. Мембрана каждого отдельного мешочка, или тилактоида, вымощена, как мостовая, микроскопическими «булыжниками» — квантосомами размером около 17,5 нанометра и массой 2 000 000 дальтона. (Дальтон равен 1/12 массы изотопа углерода C12.) Эти кусочки мембраны содержат несколько видов пигментов. У диатомей это хлорофилл и ксантофилл, участвующие в фотосинтезе, и маскирующий пигмент диатомин.
Главный пигмент, обеспечивающий фотосинтез, — хлорофилл. Известно несколько его типов. У зеленых водорослей основным является хлорофилл a. Только он обладает фотохимической активностью. Остальные выполняют вспомогательные функции, собирая энергию солнечного света и передавая ее хлорофиллу. В качестве дополнительных пигментов зеленые водоросли используют хлорофилл b, диатомовые и бурые — хлорофилл c, красные — хлорофилл d. Обычные вещества растительных клеток — каротиноиды — используются как дополнительные пигменты. Они настроены на улавливание энергии световых волн иной длины, чем хлорофилл a. Дополнительные пигменты позволяют использовать в фотохимических реакциях до 95 процентов энергии солнечных лучей.
Фотосинтез — это процесс, с помощью которого зеленые растения и некоторые бактерии переводят энергию солнечных лучей в химическую форму, используя ее для синтеза углеводов из углекислого газа и воды. При этом из молекул воды высвобождается кислород, являющийся побочным продуктом фотосинтеза. Для восстановления одной молекулы углекислого газа и выделения одной молекулы кислорода нужно разрушить две молекулы воды, для чего необходима энергия 8 фотонов.
Висячие сады могут существовать лишь там, куда проникает достаточно света. Поверхность воды всегда отражает часть солнечных лучей. Даже в полдень, когда солнце находится в зените, а поверхность океана не тревожит и самая легкая зыбь, в воду проникает лишь 95 процентов света. В другое время дня или при волнении теряется до 30 процентов энергии солнечных лучей. Морские водоросли способны пользоваться ничтожными количествами света. Прозрачность воды оценивается в соответствии с глубиной, на которой еще виден белый диск диаметром в 30 сантиметров. Зона, где еще возможен фотосинтез, в 2,5 раза превышает эту величину. Светоулавливающие пигменты работают эффективно!
