Dr Maciej Wayda
Instytut Botaniki UJ
Procesy rozmnażania
Rozmnażanie jest to proces prowadzący do powstawania nowych osobników. Jedne gatunki rozmnażają się wolno, inne natomiast w sprzyjających warunkach w stosunkowo krótkim czasie pojawiają się masowo, zmieniając kolor podłoża (wody, kamieni, gleby). Taki masowy pojaw nazywamy zakwitem. Najbardziej rozpowszechnionym typem jest zakwit planktonowy. Jest to zjawisko normalnie występujące w przyrodzie zarówno w zbiornikach oligotroficznych, mezotroficznych i eutroficznych. Zwykle do zakwitu dochodzi z powodu wzrostu stężenia pierwiastków biogennych (najczęściej fosforu), lub wzrostu temperatury wody. Przeważnie jest to zjawisko krótkotrwałe.W wodach eutroficznych masowe pojawy zdarzają się wyjątkowo często i nierzadko mają długotrwały, uporczywy charakter. W Polsce najwięcej zakwitów planktonowych występuje w lecie. W płytkich zbiornikach wodnych np. w stawach rybnych mogą powodować poważne konsekwencje. Masy glonów zużywają w nocy, w procesie oddychania duże ilości tlenu. Dodatkowo produkowane są duże ilości materii organicznej również zużywającej tlen w procesie rozkładu. Na domiar złego w ciepłej wodzie tlen atmosferyczny jest słabo rozpuszczalny. Występuje deficyt tlenu lub nawet anoksja. W tych warunkach bakterie gnilne produkują silnie toksyczny siarkowodór wywołujący masowe padanie zwierząt wodnych, szczególnie ryb przynosząc niekiedy duże straty. Pewne gatunki glonów w trakcie zakwitów uwalniają do otoczenia metabolity toksyczne dla różnych organizmów, szczególnie kręgowców. W takim przypadku mówimy o zakwitach toksycznych. Stanowią poważny problem w ekosystemach morskich powodując niejednokrotnie masowe padanie zwierząt na dużych obszarach. Spożywane przez człowieka „owoce morza” pochodzące z terenów zakwitów toksycznych są przyczyną zatruć. Wprawdzie śmiertelność wśród ludzi jest niska to jednak masowe zachorowania, nierzadko połączone z hospitalizacją stanowią w niektórych krajach (np. USA) poważny problem zdrowotny.
Rozmnażanie wegetatywne
Większość glonów rozmnaża się głównie wegetatywnie. Są grupy, w których w ogóle nie stwierdzono rozmnażania seksualnego.
Rozmnażanie przez podział. Jest to najprostszy sposób rozmnażania, szczególnie częsty u form szybko namnażających się. W wyniku podziału powstają dwie lub większa liczba komórek potomnych. Glony nitkowate nie rozmnażają się przez podział.
Fragmentacja plechy. Jest to częsty sposób rozmnażania glonów wielokomórkowych. Polega on na dzieleniu się plechy na fragmenty, które zaczynają samodzielny rozwój. Proces ten jest wywoływany przez organizm macierzysty.Może on wytwarzać w tym celu specjalne komórki, których śmierć powoduje rozerwanie nici (komórki nekrydialne u Cyanophyta), lub też doprowadza do częściowej lizy ścian komórkowych np. u niektórych przedstawicieli zielenic Chlorophyta. Zjawisko fragmentacji plechy nie jest równoznaczne ze zdolnością do regeneracji. Szereg glonów wielokomórkowych nie rozmnaża się przez fragmentację plechy.
Wiele glonów rozmnaża się wegetatywnie za pomocą specjalnych komórek zwanych sporami lub zarodnikami. Powstają one w komórkach macierzystych zwanych sporangiami. Bardzo często różnią się one wyglądem od komórek wegetatywnych. W przeciwieństwie do spor u innych organizmów nie zawsze mają zdolności przetrwalnikawe. Jeden typ spory może przekształcać się w inny. Zdarza się, że spory mogą się rozmnażać. Powszechne jest wreszcie odżywianie się spor przy pomocy fotosyntezy.
Rozmnażanie seksualne
Podstawową funkcją rozmnażania seksualnego jest tworzenie nowych konfiguracji genów. Dodatkowo u glonów zygota bardzo często posiada zdolności przetrwalne. Nazywamy ją wtedy hypnozygotą. U glonów morskich rozmnażanie seksualne zachodzi z reguły bardzo regularnie i jest stymulowane przez takie czynniki jak fotoperiod, czy zmiany temperatury. Nierzadko istotna jest pora roku, czy doby. Są glony, które rozmnażają się seksualnie tylko w nocy. U glonów morskich zygota rzadko ma właściwości przetrwalnikowe. U glonów słodkowodnych brak jest regularności rozmnażania płciowego, natomiast zygota bardzo często jest hypnozygotą. Glony, tak jak większość organizmów, bronią się przed samozapłodnieniem. Najczęściej u form jednokomórkowych niemożliwe jest rozmnażanie płciowe między komórkami powstałymi po podziale komórki macierzystej. Zjawisko to nosi nazwę heterotaliczności. Natomiast jeżeli dochodzi do syngamii komórek potomnych zachodzi zjawisko homotaliczności. U wielu form reprezentujących wyższy poziom organizacji stwierdzono dwupienność. Płeć u glonów jest determinowana genetycznie, jednak determinacja ta nie jest ostateczna i w dużej mierze zależy od czynników środowiskowych. Zdarza się, że w trakcie ontogenezy ten sam osobnik zmienia płeć. Znane są przypadki, że rozmnażanie seksualne zachodzi symultanicznie w całej populacji danego gatunku zamieszkującej dany akwen, zwykle pod wpływem bodźca chemicznego. Uwalniają się wtedy miliardy gamet łączących się ze sobą chemotaktycznie. Gamety mogą być nieruchome, lub posiadające zdolność ruchu, dzięki obecności wici. Są wreszcie gatunki, u których kopulują gametangia bez uwalniania gamet na zewnątrz. W wyniku kopulacji gamet, czy gametangiów tworzy się zygota. Jeżeli jest to hypnozygota, to przed wykiełkowaniem musi przejść przez okres spoczynku. Wiele gatunków wymaga w tym okresie niskich temperatur.
Cykle życiowe glonów
Każdy organizm dąży do zasiedlenia maksymalnie dużego obszaru. Do realizacji tego celu niezbędne jest wytwarzanie łatwo rozprzestrzeniających się propagul. Ponieważ procesy rozmnażania wiążą się ze znacznym wydatkiem energetycznym, musiało dojść do zróżnicowania na komórki wegetatywne gromadzące duże ilości asymilatów i lekkie propagule. Równocześnie każdy organizm, a glony słodkowodne szczególnie muszą wytwarzać stadia zdolne do przetrwania niekorzystnych warunków np. suszy, deficytu pierwiastków biogennych, czy spadku temperatury. Ponieważ w większości przypadków zmiany środowiska życia zmieniają się cyklicznie, to również cyklicznie pojawiają się wyżej wymienione struktury. U glonów jednokomórkowych bardzo często funkcję propagul, komórek wegetatywnych, czy stadiów przetrwalnikowych pełnią komórki o bardzo zbliżonej budowie. W przypadku drobnych form kokoidalnych strategia ta jest niemalże regułą. W czasie np. wysychania zbiornika wodnego komórka wegetatywna otacza się śluzem. Śluz ma zdolność zatrzymywania wilgoci powodując równocześnie, że komórka łatwo przykleja się np. do odnóży owadów i jest w ten sposób transportowana do innego zbiornika wodnego. Nierzadko po całkowitym wyschnięciu zbiornika wodnego formy kokoidalne otoczone śluzem są przenoszone przez wiatr. Dodatkowo poza śluzem u niektórych glonów należących do zielenic Chlorophyta stwierdzono w ścianie komórkowej substancję zbliżoną do sporopolenin zabezpieczające przed wysychaniem. Strategię opisaną powyżej stosują z powodzeniem drobne formy należące do Cyanophyta, Heteroconthophyta, Chlorophyta, a przede wszystkim Bacillariophyta.
Batrachospermum moniliforme jest przedstawicielem Rhodoptyta. Krasnorost ten występował kiedyś często w potokach górskich na siedliskach lotycznych. Obecnie jest coraz rzadszy. Na wiosnę i w jesieni, a niekiedy także w zimie można obserwować jego plechy z charakterystycznymi okółkowo ułożonymi rozgałęzieniami, osiągające długość do kilkudziesięciu centymetrów. Plechy te tworzą organy rozmnażania seksualnego. Zygota kiełkuje na roślinie macierzystej. Powstaje twór złożony z porozgałęzianych nici. Wytwarza on aplanospory (zwane w tym przypadku karposporami), które opadają na dno. Z aplanospory rozwija się silnie rozgałęziona nitkowata plecha osiągająca długość do 1 mm. Produkuje ona duże ilości aplanospor (powstają z nich identyczne plechy). W czasie letnich wezbrań duże plechy o okółkowo ułożonych rozgałęzieniach ulegają zniszczeniu. Drobne plechy powstałe z aplanospor, mogą przetrwać ten okres. Po nastaniu sprzyjających warunków komórki szczytowe stają się komórkami inicjalnymi, dającymi początek dużym plechom o rozgałęzieniach ułożonych okółkowo. Batrachospermum nie tworzy akinet ani hypnozygot, a funkcje przetrwalnikowe pełni specjalny typ plechy zwany stadium Chantransia. Mało tego stadium to potrafi się samodzielnie rozmnażać przez aplanospory. Znane są przypadki, że stadium Chantransia występuje samodzielnie na danym stanowisku.
Natomiast studiowanie cyklu życiowego danego glonu powinno nam dać odpowiedzi na trzy pytania.
- W jaki sposób dany glon rozprzestrzenia się?
- W jaki sposób broni się przed czynnikami stresowymi?
- Czy w trakcie cyklu powstają formy o różnej organizacji?
Cykl życiowy należy zawsze rozpatrywać w odniesieniu do środowiska w jakim dany takson żyje.