В клетках водорослей, как и в листьях высших растений, находятся небольшие тельца, содержащие особое зеленое вещество — хлорофилл. При его участии в растительной клетке происходит замечательное явление.
Хлорофилл обладает способностью поглощать световую энергию и превращать ее в химическую. С помощью последней образуются сложные соединения таких веществ, из которых затем растение строит свое тело. Световая энергия играет в этом огромную роль; отсюда и процесс, совершающийся в растении, носит название фотосинтеза, то-есть соединения веществ с помощью света.
Солнечная энергия, поглощенная хлорофиллом, вызывает химический процесс разложения воды таким образом, что от молекулы воды, содержащей два атома водорода и один атом кислорода, отнимается один атом водорода. Остается соединение из одного атома водорода и одного атома кислорода. Это образование непрочное, оно быстро вступает в реакцию с другим подобным соединением. При этом два атома водорода объединяются с одним атомом кислорода и получается вода. Остающийся же один атом кислорода оказывается лишним, и он выделяется из клетки в воду, где растворяется и создает необходимые условия для дыхания живого населения моря. Иногда выделяющийся кислород хорошо виден в аквариуме в виде пузырьков газа, подымающихся от водорослей к поверхности воды.
Но вернемся к тому, что совершается в клетке. В результате сложных процессов, в которых принимают участие и особые вещества — ферменты, освобожденные атомы водорода соединяются с углекислотой. Образуются углеводы — сахар, крахмал. Значение углеводов в жизни водорослей очень велико. Часто тело водоросли на 40 процентов состоит из углеводов. Но для построения организма одних углеводов мало, нужны еще белки. Для этого необходимо соединение углеводов с азотистыми, фосфорными, серными и другими веществами. Они растворены в окружающей воде и проникают в клетку, где, вступая в химическое соединение с углеводами, образуют белок и другие вещества. Белок есть важнейшая часть тела любого живого организма.
Значение фотосинтеза в жизни Земли огромно. От превращения энергии солнечного света в энергию химических связей в одной грамм-молекуле сахара запасается 674 килокалорий энергии. Питаясь растительной пищей, сжигая кусок каменного угля или полено дров, мы пользуемся этими запасами солнечной энергии. Солнечная энергия, поглощаемая растениями на Земле за год, в 25 раз больше всей энергии от сжигаемого каменного угля и используемой человеком энергии воды. Так как суша занимает меньшую поверхность Земли, чем океаны и моря, да к тому же водоросли обитают в слоях воды на глубине до 100 и даже 200 метров, водная растительность потребляет значительно больше солнечной энергии, чем наземная. В океанах водоросли связывают ежегодно почти 16 миллионов тонн углерода, создавая органическое вещество. Поскольку живущие на дне водоросли обитают только в узкой прибрежной полосе, главная часть продукции органического вещества падает на микроскопические одноклеточные водоросли.
В кубическом метре воды находят десятки миллионов одноклеточных водорослей. При благоприятных условиях их количество за день может удвоиться. Весною они размножаются в такой массе, что меняют окраску моря: оно становится зеленовато-желтым или синевато-зеленым. Тогда говорят, что вода в море «цветет». Несмотря на то, что одноклеточные водоросли все время поедаются различными рачками, мелкими рыбами и другими животными, количество водорослей, благодаря быстрому темпу размножения, остается огромным. Годовая продукция мелких водорослей моря достигает, например в Баренцовом море, 50 тонн с одного гектара. Быстро растут и крупные водоросли, обитающие на дне. Их суточный прирост равен 30–50 граммам на один килограмм водорослей.
Жизнь водорослей обычно недолговечна. Только среди крупных водорослей, живущих на дне, имеются многолетние. На зиму многие из них сбрасывают старые листовидные пластины с тем, чтобы ранней весной нарастить новые.
Представим себе отлив воды необычайной силы, такой, который обнажил бы все заросли водорослей, обитающих на дне от самого берега до большой глубины.
Самый верхний горизонт казался бы нам зеленым от обилия здесь зеленых водорослей. Глубже окраска стала бы бурой от господства бурых водорослей. Еще глубже поселяются красные водоросли. Все эти особенности заселения различно окрашенными водорослями связаны с проникновением света в воду. В клетках водорослей, помимо хлорофилла, имеются и другие пигменты. Они усваивают энергию лучей различных частей спектра и передают ее хлорофиллу.
Хлорофилл — зеленый пигмент; он лучше всего «работает» в лучах красной части спектра, которые не проникают на большую глубину. Обитающие на больших глубинах красные водоросли обладают пигментом, помогающим поглощать энергию зеленых лучей.
Прибрежные мелководные участки моря покрыты крупными водорослями. В местах, где отлив обнажает широкую полосу морского дна, мы видим громадные заросли их. Эти водоросли хорошо приспособились к временному обсыханию летом и даже «обмораживанию» зимою. Как только в прилив вода покроет их, они опять начинают нормально жить. Те же самые виды растений, живущие глубже, если их искусственно пересадить в условия временного обсыхания или действия холода, погибают. Многие крупные водоросли имеют воздушные пузыри. Это приспособление позволяет им находиться в вертикальном положении.
Крупные водоросли образуют настоящие подводные леса. Прикрепившись небольшими отростками ко дну, они стеной подымаются к поверхности моря. Мы знаем огромную силу прибоя. Порой штормовая волна ломает пристани, бетонные волноломы, причиняет ужасные разрушения в порту. А мягкие изгибающиеся водоросли легко выносят напор волн. Волна подымет, опустит, изогнет их, но не причинит им большого вреда. Если бы они, подобно деревьям, обладали очень жесткими, толстыми «стволами», то удары волн разбили бы их в щепки. Очень часто масса водорослей умеряет силу волны и спасает берег от разрушения.
Эту особенность водорослей хорошо описал Дарвин в дневнике во время путешествия на корабле «Бигль». «Здесь имеется одно морское растение, заслуживающее по своей важности самого подробного описания. Это морская водоросль макроцистис. Растение это произрастает на всякой скале, начиная от низшего уровня отлива до значительной глубины как на открытом морском берегу, так и в каналах. Во время плавания судов „Эдвенчер“ и „Бигль“ не встретилось, кажется, ни одного утеса, близкого к поверхности, который не был бы опутан этой пловучей водорослью. Услуга, оказываемая ею судам, плавающим в этих бурных краях, очевидна; и действительно, эта водоросль не раз спасала суда от крушения. Меня все более поражает, что это растение процветает среди сильных бурунов западного океана, которым не может долго противиться никакой утес, как бы крепок он ни был.
Стебель этой водоросли круглый, слизистый и гладкий и в диаметре редко достигает дюйма. Несколько таких стеблей, соединенных вместе, настолько крепки, что выдерживают тяжесть больших каменных глыб, к которым они прикрепляются в каналах между островами, а между тем многие из этих камней были так тяжелы, что один человек едва мог вытащить их и положить в лодку. Капитан Кук в своем „Втором путешествии“ говорит, что на земле Кергуэлен эта водоросль подымается с глубины более 24 морских сажень, а так как она растет не в вертикальном направлении, а образует с дном моря очень острый угол и, кроме того, большая часть ее растягивается еще на много сажень по поверхности моря, то я с полным правом могу сказать, что некоторые из них вырастают в 60 сажень и более.
Я не думаю, чтобы стебель какого-либо другого растения достигал трехсот шестидесяти футов длины, как нашел капитан Кук у этой водоросли. Кроме того, капитан Фриц-Рой находил экземпляры этой водоросли, подымающейся с глубины более сорока пяти морских сажень. Слоевища этой водоросли, хотя не очень широкие, образуют превосходные пловучие волноломы. Любопытно наблюдать в какой-нибудь открытой гавани, как огромные морские волны, проходя через эти раскинутые водоросли, очень быстро снижаются и переходят в гладкую поверхность».
