Значение водорослей в природе и жизни человека

Водоросли являются древнейшими низшими фотосинтезирующими организмами, живущими преимущественно в водной среде. Многие из них вторично приспособились к жизни в почве и некоторых наземных местообитаниях. По данным ученых, в мире насчитывается до 40 тыс. видов водорослей. Роль водорослей в природе и хозяйственной деятельности человека чрезвычайно велика.

Водоросли – это основные образователи органического вещества в водоемах. Донные водоросли в Баренцевом море у Мурманского побережья дают до 15 кг сырой массы на метр. В некоторых районах Антарктиды биомасса водорослей составляет в среднем 70 т/га, у Калифорнийского побережья – 100 т/га. Годовая продукция донных водорослей в Баренцевом море составляет до 231 т органического вещества в сырой массе на гектар, а фитопланктона – до 30–50 т/га. По расчетам ученых вклад водорослей в общую продукцию органического углерода на планете составляет около 80 %.

Как мощный и неиссякаемый источник органического вещества водоросли, особенно планктонные формы, являются постоянной кормовой базой и первоначальным звеном в пищевых цепях для многих беспозвоночных животных и рыб. Заросли водорослей служат пристанищем и укрытием для многочисленных видов животных, местом нереста рыб.

В водной среде водоросли – почти единственный продуцент свободного кислорода, необходимого для дыхания разнообразных водных организмов и для жизнедеятельности аэробных бактерий, грибов и других организмов – активных агентов самоочищения загрязненных естественных вод. Вместе с тем водоросли участвуют в утилизации органических соединений, солей тяжелых металлов, радионуклидов.

Однако при массовом развитии водоросли могут быть причиной вторичного биологического загрязнения и интоксикации природных вод. В последние десятилетия в различных водоемах участились случаи "цветения" воды, возникающие вследствие массового развития одного или нескольких наиболее приспособленных к данным условиям видов водорослей. Прижизненные выделения водорослей и ядовитые вещества, которые образуются при их распаде, губительно действуют на животные организмы.

Водоросли играют большую роль в общем балансе кислорода на нашей планете. В наземных местообитаниях совместно с другими микроорганизмами они являются пионерами растительности. При отсутствии органического вещества поверхность скальных пород, вулканического пепла, промышленных отвалов и других субстратов заселяется прежде всего микроорганизмами одноклеточных водорослей и сопутствующих им бактерий. В результате происходит первичное накопление органических веществ.

Водоросли, которые живут на почве и в почве, повышают ее плодородие. Особенно это касается азотфиксирующих синезеленых водорослей, или цианобактерий.

Водоросли нередко вступают в симбиоз с грибами, образуя единый организм – лишайник. Особенно велика роль лишайников в растительном покрове тундровых, лесотундровых и лесных экосистем.

Проблема продовольствия, обеспечение растущего населения планеты полноценным питанием стали важным экономическим и политическим фактором в современном мире. В связи с этим растет интерес к новым, нетрадиционным источникам белка, жиров, углеводов, витаминов, ферментов и к другим физиологически активным веществам. Водоросли в этом плане являются весьма перспективными организмами. Они содержат большой процент белка (до 70 % сухой массы), включающего все аминокислоты, необходимые для нормального питания человека.

Выход белка на единицу площади за единицу времени при выращивании водорослей на один-три порядка превышает таковой по сравнению с другими традиционными источниками (бобовыми, злаками, крупным рогатым скотом и др.). Водоросли – богатейший источник витаминов, микроэлементов и других физиологически активных веществ. Содержание витаминов в 100 г хлореллы превышает суточную потребность в них человека. Поэтому рекомендуется вводить водоросли в рацион больных сердечно-сосудистыми и желудочными заболеваниями.

Морские водоросли используются человеком в пищу с 850 г. до н. э. В настоящее время как продукт питания они употребляется главным образом населением Востока и островов Тихого океана. Известно около 170 видов съедобных макроскопических водорослей, из них 81 вид красных, 54 – бурых, 25 – зеленых, 8 – синезеленых.

Наибольшей известностью у нас пользуется так называемая морская капуста. Это главным образом водоросль ламинария и близкие к ней (например, алария и ундария). Широко известна и высоко ценится красная водоросль порфира, которая используется в пищу под названием красный морской салат. Такое же применение имеет зеленая морская водоросль ульва, которую часто употребляют в сыром виде в качестве салата.

В последние 50 лет значительное развитие получила аквакультура водорослей. В довольно больших количествах выращиваются виды родов ламинария, порфира, макроцистис, ундария, спирулина и др. В Японии, например, из 10 млн т морских продуктов, получаемых ежегодно, 1 млн т поступает за счет аквакультуры. В пищевом рационе японцев водоросли составляют почти 20 %.

В пищу человек использует микроскопическую водоросль – хлореллу, а также несколько видов синезеленых водорослей. Широко культивируется синезеленая водоросль спирулина, содержащая более 60 % белка. Энергетическая ценность пищи изводорослей невысока, но не это определяет их пищевое значение. В первую очередь оно обусловливается наличием в них разнообразных биологически активных веществ, таких как свободные аминокислоты, полиненасыщенные жирные кислоты и др. Водоросли, например, содержат моно- и дийодтирозин, успешно применяемые при лечении заболеваний щитовидной железы, и полиненасыщенные жирные кислоты, антиоксидантная активность которых превосходит соответствующую активность витамина Е. Хотя часть полисахаридов водорослей не расщепляется ферментами пищеварительного тракта, они способствуют выведениюиз организма токсических продуктов метаболизма, а также поступающих в организм извне солей тяжелых металлов и радионуклидов. При этом низкомолекулярные полисахариды, поступающие в кровь, способны сорбировать и выводить из организма депонированные стронций и кадмий.

В водорослях в достаточно больших количествах содержатся практически все необходимые для нормального развития организма минеральные элементы. При этом особую ценность минерального состава водорослей для организма человека и животных определяет то, что содержание натрия у них значительно превышает содержание кальция. Какизвестно, соотношение между этими элементами в организме влияет на растворимость солей кальция. При остаточном содержании натрия не происходит накопления кальция и, как следствие этого, не протекают процессы склеротизации кровеносных сосудов и образования камней в почках и печени. Высокое содержание в водорослях калия обеспечивает его потребность для осуществления многих важнейших физиологических функций организма. Хлор стимулирует деятельность лимфы во всем теле и способствует очищению печени и почек. Совместное воздействие серы и хлора приводит к очищению слизистой оболочки желудка и кишечника.

Богатый минеральный состав и высокое содержание витаминов и других биологически активных веществ обусловливает то, что потребление водорослей наилучшим образом обеспечивает организм строительным материалом для образования в органах кроветворения кровяных клеток, особенно красных кровяных телец. Вместе с тем следует учитывать, что бурые водоросли содержат очень высокое количество хлора, калия, серы, магния и йода; при неумеренном употреблении водоросли могут оказать неблагоприятное воздействие на организм человека, например может возникнуть гипериодизм.

В качестве пищевого продукта водоросли используются как в свежем, так и в консервированном виде, а также при изготовлении хлебобулочных и кондитерских изделий.

Достаточно широко водоросли используются в качестве корма и кормовых добавок в рационе животных. В Европе и Северной Америке крупный рогатый скот, овцы и лошади часто пасутся на литорали. Применение водорослей в животноводстве повышает устойчивость животных к различным заболеваниям, ускоряет их рост и размножение, повышает качество товарной продукции.

Данные физиолого-биохимических исследований свидетельствуют о том, что наиболее перспективным первичным утилизатором солнечной энергии являются микроводоросли. Так, у некоторых зеленых водорослей КПД фотосинтеза составляет 21 %, т. е. более чем в 200 раз превышает среднее значение КПД фотосинтеза на земном шаре.

В закрытых полностью автоматизированных опытных установках космического назначения при искусственном освещении продуктивность хлореллы составляет 100–140 г сухого вещества на 1 м в сутки. Это соответствует 1000–1400 кг/га в сутки или 360–500 т сухой биомассы на 1 га в год.

Энергию, получаемую за счет фотосинтеза водорослей с последующей наиболее рентабельной ее конверсией в газ, считают конкурентоспособной в глобальных масштабах с ядерной энергией. Уже созданы установки для получения метана из водорослей, выращенных на сточных водах. Продуктивность их составляет до 80 т/га сухой биомассы в год, которая может дать 74 тыс. кВт часов электроэнергии.

Разработанная биотехнология получения биогаза из биомассы водорослей, выращенных на сточных водах, позволяет одновременно решать вопросы очистки стоков, охраны окружающей среды от загрязнения, получения дополнительных источников энергии и удобрений, позволяющих экономить природные ресурсы.

Использование водорослей в качестве источника промышленного сырья имеет сравнительно длительную историю. В начале XIX в. из морских водорослей начали получать йод, несколько позже – бром, натрий, калий и другие элементы. Наибольшую ценность из органических веществ, извлекаемых из морских водорослей, представляют фикоколлоиды (агар, агароид, агароза, каррагенин, нори, агаропектин), альгиновая кислота и ее соли – альгинаты.

Фикоколлоиды, содержащиеся в красных водорослях (филлофора, анфельция, грацилярия, гелидиум и др.), широко используются в пищевой, кондитерской, фармацевтической, химической, микробиологической, текстильной, бумажной, косметической и других отраслях промышленности. Агар в больших количествах потребляется для научных целей, санитарно-эпидемиологической службы, техники.

Альгинаты и альгиновая кислота, продуцентами которых являются бурые водоросли, применяются в химической промышленности для стабилизации растворов и суспензий, а также при изготовлении консервов, фруктовых соков, хлебобулочных и кондитерских изделий, при производстве клея, лаков, красок, пластмасс, синтетических волокон, строительных материалов, в полиграфии, в текстильной и фармацевтической промышленности (при изготовлении лечебных мазей, паст и др.).

Маннит, получаемый из бурых водорослей, используется в фармакологии (лекарства для диабетиков), при изготовлении синтетических смол, красок, бумаги, взрывчатых веществ, при выделке кож. Из морских водорослей получают дорогостоящие дефицитные медицинские препараты для лечения лучевой болезни, для обработки незаживающих ран, заменители крови и др.

Обильное развитие водорослей в прошедшие геологические эпохи привело к формированию мощных горных пород. За многие тысячелетия водоросли образовали известняки толщиной до 1100 м, простирающиеся нередко на несколько километров. Всем известный писчий мел на 95 % состоит из остатков известкового панциря золотистых водорослей кокколитофорид.

Из массового скопления панцирей диатомовых водорослей образовались диатомиты, мощность которых достигает нескольких сотен метров. Диатомиты являются источником около 150 разнообразнейших продуктов, в том числе хрусталя, жидкого стекла, шлифовальных материалов, сорбентов, оптического кварца и стекловолокна, необходимых для развития электроники, энергетики и других отраслей народного хозяйства. Диатомиты используются при изготовлении динамита и бездымного пороха, в различных отраслях легкой, химической и металлургической промышленности. Диатомит – легкий, дешевый, огнеупорный материал, с высокими звуко- и теплоизоляционными свойствами.

Горючие сланцы, некоторые угли, возможно и нефть тоже имеют водорослевое происхождение.

Водоросли – исходный материал, из которого образовались в сравнительно неглубоких водоемах органические илы – сапропели, являющиеся источником получения кокса, смолы, бензина, керосина, парафина, горючих газов, органических кислот, спиртов, смазочных масел, аммиака, пластмасс, изоляционных лаков, красок, бумаги, фармацевтических препаратов и др. В больших количествах сапропели используются как топливо, как высококачественное органическое удобрение и на корм скоту.

Из водорослей континентальных водоемов образованы лечебные грязи, применяемые при лечении ревматизма, подагры, некоторых расстройств нервной системы и других заболеваний. Известно, что еще в I тыс. до н. э. восточная медицина использовала их при лечении ряда заболеваний. В настоящее время обнаружено, что морские водоросли содержат самые разнообразные по своей химической природе вещества, положительно влияющее на работу сердца, желудка, кишечника, эндокринных желез, нервной и иммунной систем, а также что они обладают противосклеротическим действием, улучшают процессы кроветворения, являются антиоксидантами и задерживают процессы старения организма.

Наряду с созидательной деятельностью водоросли принимают участие в процессах «выветривания», разрушения горных пород. К экологической группе так называемых сверлящих принадлежат синезеленые, зеленые и красные водоросли. Разрушая минеральный субстрат, водоросли получают из него необходимые минеральные соли.

Учитывая все возрастающий интерес к водорослям со стороны ученых и практиков, уже в недалеком будущем можно ожидать открытия у них новых уникальных органических соединений с полезными для человека свойствами, выявления новых аспектов их использования в различных отраслях народного хозяйства и медицины.

٭٭٭

Водоросли – древнейшие фотосинтезирующие организмы нашей планеты, создавшие кислородную атмосферу. Велико значение водорослей в биосфере как первичных продуцентов органического вещества. Повсеместное распространение водорослей в природе и нередко массовое их развитие в водоемах разного типа, на наземных субстратах и в почве определяют огромное их значение в жизни человека, в его хозяйственной деятельности. В настоящее время водорослям отводят важную роль в решении ряда глобальных проблем, таких как продовольственная, энергетическая, охрана окружающей среды, освоение недр Земли, богатств Мирового океана, космического пространства, получение новых источников промышленного сырья, стройматериалов, фармацевтических препаратов, биологически активных веществ, новых объектов биотехнологии.