Водоросли - наиболее древние и простоорганизованные растения, насчитывающие свыше 30 тыс. видов.

Наука о водорослях называется альгология или фикология, ее рассматривают как самостоятельный раздел ботаники.

Водоросли - это низшие, то есть слоевищные (лишенные расчленения на стебель и листья) споровые растения, содержащие в своих клетках хлорофилл. Водоросли могут быть одноклеточными, колониальными, многоклеточными и неклеточными. Размеры их в пределах каждых из этих форм колеблются в широких пределах – от микроскопических до очень крупных.

В современной систематике, водоросли делятся на 12 отделов:

Основной структурной единицей тела водорослей, представленных одноклеточными и многоклеточными формами, является клетка. Существуют различные типы клеток водорослей. По одной из классификаций различают клетки, содержащие типичные ядра, (т.е. ядра, окруженные ядерными оболочками, мембранами), и клетки, не имеющие типичных ядер. Первый случай – эукариотическое строение клетки, второй –  прокариотическое. Прокариотическое строение клетки имеют синезеленые и прохлорофитовые водоросли, эукариотическое – представители всех других отделов водорослей.

Клетки водорослей имеют оболочку, цитоплазму, ядро, вакуоли с клеточным соком. Цитоплазма отграничена от окружающей среды плазматической мембраной. В цитоплазме расположены митохондрии, рибосомы, хлоропласты.

Окраска водорослей многообразна (зеленая, розовая, красная, оранжевая, почти черная, фиолетовая, голубая и др.), обусловлено это тем, что одни водоросли содержат только хлорофилл, а другие – еще ряд пигментов, окрашивающих их в различные цвета.

Все водоросли - автотрофные организмы, в процессе фотосинтеза они образуют органические вещества из неорганических. Однако многие водоросли (в том числе хлорелла) могут в определенных условиях переключаться на гетеротрофный способ питания или сочетать его с фотосинтезом.

Процесс дыхания у водорослей протекает в каждой клетке. Из окружающей среды клетка поглощает кислород, использует его на окисление органических веществ. При этом освобождается энергия и образуется углекислый газ, который выделяется в окружающую среду. Процесс окисления органических веществ происходит в митохондриях. Освобождаемая при окислении энергия расходуется на все процессы жизнедеятельности - поглощение клеткой веществ, движение, рост и размножение.

У водорослей различают вегетативное, бесполое и половое размножение. Вегетативное размножение одноклеточных заключается в делении особи надвое. У многоклеточных оно происходит путем разрыва нитей водоросли, ее слоевища на отдельные части. Бесполое размножение осуществляется с помощью спор или зооспор (со жгутиками). Половое размножение происходит в результате слияния двух половых клеток - гамет и образования зиготы - первой клетки нового организма.

Для многоклеточной нитчатой водоросли спирогиры характерно наличие особого полового процесса - конъюгации. При этом в месте соприкосновения двух клеток параллельно располагающихся нитей водоросли образуется цитоплазматический мостик. По нему содержимое одной клетки поступает в другую, где происходит их слияние с образованием зиготы. Из четырех новых клеток, образующихся в результате деления зиготы мейозом, три отмирают, а четвертая развивается в новую особь.

Водоросли распространены по всему земному шару и встречаются преимущественно в пресной и морской воде, а также на суше - в почве, на коре деревьев, камнях и т.д. Известны разнообразные экологические группы этих организмов: 1) планктонные водоросли; 2) нейстонные водоросли; 3) бентосные водоросли; 4) наземные водоросли; 5) почвенные водоросли; 6) водоросли горячих источников; 7) водоросли снега и льда; 8) водоросли соленых водоемов; 9) водоросли, существующие в известковом субстрате.

Водоросли горячих источников. Водоросли, выдерживающие высокие температуры, называются термофильными. В природе они поселяются в горячих источниках, гейзерах и вулканических озерах. Нередко они обитают в водах, которые кроме высокой температуры характеризуются повышенным содержанием солей или органических веществ (сильно загрязненные горячие сточные воды заводов, фабрик, электростанций или атомных станций).

Предельные температуры, при которых удавалось находить термофильные водоросли, судя по разным источникам, колеблются от 52 до 84° С. Всего обнаружено около 200 видов термофильных водорослей, однако видов, живущих только при высоких температурах, среди них сравнительно немного. Большинство из них способно выдерживать высокие температуры, но обильнее развиваются при обычных температурах. Типичными обитателями горячих вод являются синезеленые, в меньшей степени – диатомовые и некоторые зеленые водоросли.

Водоросли снега и льда. Водоросли снега и льда составляют подавляющее большинство организмов, поселяющихся на замерзших субстратах. Это микроскопические водоросли из которых подавляющее большинство относится к зеленым водорослям (около 100 видов); несколькими видами представлены синезеленые, желтозеленые, золотистые, пирофитовые и диатомовые водоросли. Все эти виды обитают в поверхностных слоях снега или льда. Их объединяет способность выдерживать замерзание без нарушения тонких клеточных структур и затем, при оттаивании, быстро возобновлять вегетацию, используя минимальное количество теплоты.

Развиваясь в массовом количестве, водоросли способны вызывать зеленое, желтое, голубое, красное, коричневое, бурое или черное «цветение» снега и льда.

Водоросли — главные производители органических вещества в водной среде. Около 80% всех органических веществ, ежегодно создающихся на земле, приходится на долю водорослей и других водных растений. Водоросли прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных.

Водоросли сыграли огромную роль в истории Земли. Водоросли (а точнее, синезеленые водоросли, или цианобактерии) были первыми организмами на Земле, у которых в процессе эволюции появилась способность к фотосинтезу, процессу образования органических веществ под воздействием света. Они первыми на Земле начали обогащать атмосферу кислородом и создавать условия для развития животного и растительного мира на нашей планете. Водоросли способствовали образованию почвы из горных пород и сыграли большую роль в заселении суши.

Наиболее распространенная теория происхождения высших растений связывает их с зелеными водорослями. Одним из ключевых событий раннего этапа выхода растений на сушу было появление спор с прочными оболочками, позволяющими переносить засушливые условия. Споры высших растений способны распространяться ветром. Основные отличия высших и низших растений:

• Среда обитания: у низших - вода, у высших - в основном, суша.
• Развитие у высших растений разнообразных тканей - проводящей, механической, покровной.
• Наличие у высших растений вегетативных органов - корня, листа и стебля - разделение функций между различными участками тела: корень - закрепление и водно-минеральное питание, лист - фотосинтез, стебель - транспорт веществ (восходящий и нисходящий токи).
• Высшие растения обладают покровной тканью - эпидермисом, выполняющей защитные функции.
• Усиленная механическая устойчивость стебля высших растений за счет толстой клеточной стенки, пропитанной лигнином (придает жесткость целлюлозному остову клетки).
• Органы размножения: у большинства низших растений - одноклеточные, у высших растений - многоклеточные. Стенки клеток высших растений надежнее защищают развивающиеся гаметы и споры от высыхания.