Растения и водоросли

Я давно вынашивал планы собрать воедино свои мысли относительно популярных заблуждений относительно водорослей и их взаимодействия с высшими растениями. Попробую привести их тут.

Питание

Вопреки расхожим мифам, и растения, и водоросли питаются автотрофно, то есть, преобразовывают минеральные вещества в органические под действием света. Причина этого очень простая: фотосинтез является настолько более энергетически выгодным процессом, чем хемоавтотрофное питание, а также гетеротрофное разложение органики, что именно поэтому мы дышим кислородом и видим растительную жизнь везде, где есть вода и свет. Автотрофный фотосинтез можно представить условно, как восстановление углерода из CO2 водородом, полученным в ходе каталитического фотолиза молекул воды. Побочным продуктом данного процесса является кислород (H2O разлагается на H2 и O2 под действием света, а O2 оказывается лишним и удаляется). Это основной источник энергии и "исходников" для сборки органических молекул у всех фотосинтетиков, что водорослей, что высших растений. Поэтому свет, CO2 и вода - это три важнейших компонента, необходимых растениям в больших количествах. И если наземные растения чаще ограничены водой, то подводные чаще ограничены CO2 и (иногда) светом.

То есть, никакие растения и никакие водоросли при доступности света не будут питаться растворенной в воде органикой. Если света не будет, то такие процессы в теории возможны, но в аквариуме они не имеют никакого принципиального значения - на органику находятся другие желающие покумшать. Более того, что высшие растения, что водоросли зачастую вступают в симбиотические отношения с гетеротрофами (бактериями, археями и грибами), подкармливая их сахарами, а взамен получая какие-нибудь нужные витамины или другие вещества. Естественно, сказать, кому будут более полезны эти симбионты - водорослям или высшим растениям, не представляется возможным.

Различие водорослей и высших растений

Если отбросить визуальное разделение, то высшие сосудистые растения являются всегда многоклеточными организмами с большим количеством различных строго дифференцированных тканей. Водоросли бывают одноклеточными и многоклеточными, но практически не имеют серьезных различий и специализаций в клетках (исключение - некоторые сложные морские водоросли).

Так в чем же преимущество организмов с большим количеством специализированных тканей? Ответ на этот вопрос достаточно прост: такие организмы проще приспосабливаются к различным условиям и могут эффективно переживать неблагоприятные периоды за счет накопления питательных веществ.

А что же водоросли? Известно, что одноклеточные организмы чаще имеют более узкий диапазон оптимальных условий: PH, соленость, течение, свет, температура итд итп. Поэтому получается весьма парадоксальный с точки зрения аквариумиста вывод: водоросли - это более капризные и требовательные фотосинтетики, чем высшие растения.

Но почему же так получается, что водоросли очень часто захватывают аквариумы и уничтожают в конкурентной борьбе высшие растения? Ответ на этот вопрос тоже прост: существует огромное количество видов водорослей (тысячи и десятки тысяч), каждый из которых приспособлен к определенным условиям. И пытаться определять водоросли как "нитчатка" примерно так же корректно, как называть, например, тонины, валлиснерию и ряску просто термином "растения", а дальше делать из этого какие-то выводы по содержанию.

Таким же образом можно объяснить часто наблюдаемую ситуацию: допустим, у аквариумиста растет много "ксена", дальше аквариумист увеличивает, скажем, фосфаты, и внезапно ксен исчезает, а высшие растения начинают расти. Это легко объясняется тем, что на самом деле увеличение фосфатов создало для этой водоросли не самые благоприятные условия, и высшие растения смогли перехватить инициативу. А еще инициативу могли перехватить другие водоросли, например, багрянки... Но по парадоксу выжившего мы читаем про волшебное избавление от водорослей путем "установления баланса" в аквариуме.

На самом деле для каждого отдельного типа водорослей существует свой "идеальный" баланс. И если высшие растения способны приспосабливаться в достаточно широких пределах, то водоросли будут просто сменять одни другие.

Закон лимитирующего фактора

Этот простой и очевидный закон очень часто игнорируется в различных дискуссиях. Но в природе он имеет решающую роль: любой биологический вид будет размножаться и расти неограниченно, пока выполняются все необходимые условия. Как только какой-то из необходимых факторов становится ограниченным, то все развитие ограничивается именно им, без разницы, сколько доступно других факторов. Хороший и понятный пример этого закона - наземные растения и вода: вы можете сколько угодно засыпать навоза и прочих питательных веществ, но без воды растение все равно быстро засохнет и умрет.

С аквариумными делами все обстоит ровно тем же образом: всегда есть фактор, который ограничивает скорость роста фотосинтетиков. Например, мы сделали питательный бульон из всех необходимых минеральных веществ, задули 100мг/л CO2, то тогда лимитирующим фактором становится свет. Чем больше светим, тем больше скорость роста. Но также и выше шанс того, что интересные нам высшие растения просто физиологически не смогут расти быстрее, и тогда велика вероятность развития фитопланктона в толще воды (попросту цветения). Почему - потому что свет перестал быть лимитирующим фактором (помните про ограничения в плане физиологии), поэтому излишками воспользовались другие фотосинтетики.

И если вспомнить "три кита" фотосинтеза - свет, газ и воду - то в условиях аквариума наиболее вероятно ограничение по CO2 (без подачи CO2 из баллона) или же по свету и/или минеральному питанию.

Ограничение по CO2 касается не только высших растений, но и водорослей, вопреки популярному мифу. Но водоросли, особенно плавающие, способны потреблять CO2 из более насыщенных поверхностных слоев воды, создавая дичайший дефицит в более глубоких слоях воды. Поэтому аквариумы без подачи CO2 более склонны к цветению. Но и аквариумы с подачей CO2 вовсе не застрахованы от появления водорослей - наоборот, что хорошо одним фотосинтетикам, хорошо и другим. Вот такой вот парадокс.

Лимит по минеральному питанию - это то, что любят обсуждать в ключе "пропорции Редфилда" и прочих кухонных дискуссий. На самом деле все намного сложнее, и абсолютно любой биогенный элемент может стать тем самым лимитирующим фактором в бочке Либиха.

Рассмотрим биогенные элементы (я указываю элемент и его основную роль, хотя этих ролей может быть много):

Макро - элементы, которых нужно много:

Ni - необходим при питании мочевиной - каталитический центр белка, разлагающего мочевину

Как видите, список элементов весьма существенный, и абсолютно любой из них может быть лимитирующим фактором для фотосинтетиков (например, в жесткой воде это может быть марганец, а при определенной геологии - также магний, бор и цинк).

Но потребление минеральных веществ в ходе фотосинтеза зависит от "трех китов": газ, свет и вода. Чем больше газа и света, тем больше будет потребление минеральных веществ. Если же газа нет, а света много, то можно хоть ложками сыпать удобрения, но никакого эффекта не будет. И наоборот, если недостаточно, например, света, то минеральные вещества просто не будут достаточно быстро усваиваться, а будут накапливаться и выводиться только с подменами. Но недостаток света не так опасен при избыточном питании, как недостаток газа (почему - написано выше).

Также интересно, что высшие растения могут использовать ограничение по микроэлементам себе в пользу, запасая некоторые микроэлементы (а иногда и макроэлементы) в огромных количествах. Ну, просто потому что "у нас много специализированных тканей, и мы можем". Естественно, остальным участникам олимпиады достается не минеральное питание а шиш. Что нам, аквариумистам, только на руку - достаточно просто обеспечить все высшие растения всем, что им надо, а излишки они отложат, как хомяки, про запас, не давая никому другому.

Взаимодействие водорослей и высших растений - или что же делать

Таким образом, весь вопрос водорослей можно свести к одному единственному моменту: те фотосинтетики, что являются доминирующими в аквариуме, и будут доминировать, если внешние условия не изменятся. Звучит достаточно заумно, но это понятно интуитивно: если у вас растут растения, то они и будут расти, если ничего не поменяется, и наоборот. Ну а любые прибавки калия и попытки "выровнять Редфилда" идут на пользу (или во вред) как водорослям, так и высшим растениям.

Но высшие растения приспосабливаются к условиям, а водоросли просто "выбирают" доминирующий вид, который всем остальным фотосинтетикам, включая высшие растения, устраивает "кузькину мать".

В ход идут все методы - накопление микроэлементов (чтоб врагам не досталось), затенение, химическая борьба итд итп. Аналогично и в другую сторону - высшие растения тоже прекрасно умеют в борьбу за выживание и точно также способны подавлять как водоросли, так и другие высшие растения.

Так как же бороться с водорослями? Ну, мое мнение тут такое: если водоросли уже заняли все экологические ниши фотосинтетиков, то эти водоросли придется уничтожать (как резким изменением условий существования, так и химическими средствами) и менять условия, чтобы росли высшие растения, а если водоросли не заняли эти экологические ниши, то и делать ничего не надо: стабильность - залог процветания высших растений.

Если же высших растений в аквариуме нет и не предвидится, то можно просто залимитировать фотосинтетиков по любому удобному для вашей воды элементу: для жесткой воды это будут тяжелые металлы (железо, марганец итд), а для мягкой воды - наверняка этим элементом будет фосфор. То есть, выбор из химических антагонистов по существу - в жесткой воде надо осадить железо фосфором, а в мягкой - фосфор железом. Хотя вариантов, конечно, гораздо больше, а ионизированное железо намного опаснее фосфора со всех сторон...

Ну и также работает совет сажать то, что растет, и побольше - если какие-то виды растений растут хорошо, а какие-то - плохо, то либо стоит заморочиться и понять, почему не растут другие (свет, газ, минеральное питание - в этом порядке), либо не заморачиваться и сажать то, что растет.

Кроме того, если даже у вас все неплохо растет, но вы думаете, не начать ли подавать удобрения, то нет никакой проблемы в том, чтобы подавать эти удобрения в небольших дозах - резервы растений, грунта и всей замкнутой системы аквариума вовсе не безграничны, а после исчерпания оных вылезут те, кто способны существовать в искаженных условиях (догадайтесь, кто). Но это, разумеется, не повод сыпать удобрения ложками, чтобы "держать Редфилда" или еще какую-то кухонную технологию. Во всем нужна осмотрительность - и если у вас нет сильного света и подачи газа из баллона, то и удобрений не стоит давать больше, чем необходимый минимум (чтобы не дать исчерпаться запасам, которые есть в аквариуме). Во многих случаях макроэлементы приходят от рыб и рыбьего корма, а микроэлементы приходят из водопровода при подменах. Так что если у вас много рыб, большие и регулярные подмены, а растения и так растут вполне неплохо, то нет никаких причин вмешиваться, хотя вы вряд ли будете читать эту тему в таком случае

Изменено 29.7.22 автор vstakhov

vstakhov

Но почему же так получается, что водоросли очень часто захватывают аквариумы и уничтожают в конкурентной борьбе высшие растения? Ответ на этот вопрос тоже прост: существует огромное количество видов водорослей (тысячи и десятки тысяч), каждый из которых приспособлен к определенным условиям.

maculatus
Водорослей, если правильно помню, порядка 40 тысяч видов

maculatus
Это на порядок меньше, чем разнообразие цветковых растений.

maculatus
И попробуйте прикинуть, сколько видов водорослей живет в пресной воде, хотя бы по основным порядкам желтозеленых, зеленых и красных (оставив пока в стороне синезеленые и диатомовые).

maculatus
И насчет приспособленности может и не быть таких кардинальных различий между низшими и высшими растениями, особенно в условиях аквариума (все зависит от того, на что и как смотреть).

vstakhov

maculatus

vstakhov
Ну, вот тут было описано 155353 вида. Но суть, конечно, не в этом.

Currently in AlgaeBase:
167 092 species and infraspecific names, 22 915 images, 64 652 bibliographic items and 505 474 distributional records.

Laminaria japonica Areschoug 1851
...
Status of Name
This name is currently regarded as a synonym of Saccharina japonica (Areschoug) C.E.Lane, C.Mayes, Druehl & G.W.Saunders.

По данным ученых насчитывается 35-40 тыс. видов водорослей.

А сколько из видов цветковых растений растут под водой? Полагаю, даже одного процента не будет.

Если взять какую-нибудь багрянку, например, Compsopogon sp ("олений рог"), то даже этой водоросли определено 6-13 видов.

Собственно, основная идея этого поста была в том, что ввиду этого разнообразия, нельзя точно сказать, какие именно у вас водоросли (какого конкретного вида) и почему они появились.

Торопыжка
А некоторые виды по фото клеток так похожи, что просто слёзы.

Мои мифы были другими:

1. Есть спектр для растений, есть - для водорослей

2. Редфильд

3. Уже забыл...

Главный миф, в который я пока верю - активно растущие растения угнетают водоросли (матом наверное на них орут под водой) иначе объяснить вот это:

maculatus
Так я потому и прицепился к разнообразию, которое вы воспринимаете как пресловутый конь в вакууме. Биология - не математика и не химия, у вас подход неправильный, не биологический. Начинать надо с флоры водорослей, она главных объект в данном случае. И пока этого не будет, ваши построения - голая теория. Потому я вам и предлагаю, давайте начнем с вашего аквариума

vstakhov

Ответ на этот вопрос тоже прост: существует огромное количество видов водорослей (тысячи и десятки тысяч), каждый из которых приспособлен к определенным условиям.

Мне не нужен тут микроскоп и супер-лаборатория, чтобы сказать с определенной долей уверенности, что это разные виды водорослей. Аналогично с багрянками.

Кстати, в настоящее время происходит эволюция и морских высших растений, и галофиты (например, Salicornia bigelovii) потихоньку двигаются с литорали вглубь.

uZot
Главный миф, в который я пока верю - активно растущие растения угнетают водоросли (матом наверное на них орут под водой) иначе объяснить вот это:

maculatus
Я предложил вам иной подход, от биологии. Вам не понравилось. Значит, разговор не получился, уж извините.

vstakhov
Потому что наблюдал замену одних водорослей на другие на практике - например, при переносе растений, пораженных водорослями. Или при начале подачи газа. Или при изменении жесткости. Вот на этом базисе я и развил мысль.

maculatus
Может, тогда и надо было от этого плясать, а не пытаться строить глобальную теорию "сверху вниз"?