Валония пузатая, «водоросль-пузырь», или «морская виноградина» (лат. Ventricaria ventricosa)

Фото © Frederik Leliaert с сайта flickr.com, провинция Маданг, Папуа-Новая Гвинея, 18 ноября 2012 года.

На фото — одноклеточная зеленая водоросль валония пузатая (она же вентрикария пузатая, Ventricaria ventricosa) на дне Новогвинейского моря. Как только эту водоросль ни называют! И «водоросль-пузырь», и «морская виноградина», и «морская жемчужина», и даже «глазное яблоко моряка». Валония в диаметре достигает 10 см (но в среднем поменьше — 1–4 см, что тоже неплохо). Обитает она в субтропических и тропических районах Мирового океана, предпочитая селиться на корАаллах. К поверхностям она крепится с помощью тонких ризоидов, которые образуются при делении на нижней части таллома из дочерних клеток.

Валония пузатая в сравнении с человеческой рукой. Фото с сайта reddit.com

Изначально валонию пузатую относили, собственно, к роду валония (Valonia) семейства валониевые. Но в 1988 году ее выделили в отдельный род Ventricaria семейства сифонокладовые (Siphonocladales) из-за различий в размножении и способности к регенерации. Кроме того, водоросли рода Valonia — многоклеточные, но состоят тоже из довольно крупных клеток, диаметром до 7 мм. В большинстве современных научных статей используют название Ventricaria ventricosa, поэтому мы будем называть эту водоросль вентрикария и отделять ее от валоний.

Валония Valonia utricularis — у нее многоклеточный кустистый таллом высотой 1–3 см. Фото © Gersom Monerris Hernándes с сайта flickr.com

Почему же удивителен сам факт существования такого огромного одноклеточного организма? Дело в том, что большую роль играет соотношение между объемом клетки и площадью ее поверхности, через которую идет выделение. С увеличением линейных размеров клетки ее объем растет примерно как куб размера, а площадь поверхности — только как его квадрат. Это означает, что чем больше клетка, тем сложнее ей избавляться от продуктов собственной жизнедеятельности. Поскольку скорость диффузии пропорциональна площади поверхности, продукты жизнедеятельности не успевают эффективно выводиться, и клетка может погибнуть.

У вентрикарии есть решение этой проблемы. Ее клетка многоядерная и состоит из взаимосвязанных цитоплазматических доменов, каждый из которых является фундаментальной структурной единицей, содержащей ядро, хлоропласты и более мелкие органеллы (например, митохондрии, цитоскелет). Такие домены расположены достаточно близко к мембране (а центральную часть клетки занимает крупная вакуоль). Таким образом, вся основная жизнедеятельность происходит у мембраны, что позволяет компенсировать большой объем клетки, так как вещества диффундируют при гораздо меньшем расстоянии до мембраны, чем если бы водоросль была одноядерная.

Наличие таких структурных единиц обеспечивает вентрикарии и способность к регенерации. Если цитоплазматический домен вследствие травмы отделяется от клетки, он сможет «вырастить» свою клетку. Грубо говоря, раздавив вентрикарию, вы лишь размножите ее — это как раз одно из основных отличий от валоний, которые регенерировать не способны.

Регенерировать вентрикария может и при повреждении клеточной стенки. Протопласт (вся клетка под клеточной стенкой) покрыт сульфатированной полисахаридной слизью, которая затягивает поврежденный участок клеточной стенки; позже он снова покроется целлюлозой. В лаборатории пытливые ученые изучали, регенерирует ли вентрикария, если разрезать или проколоть клетку. Да! Цитоплазма образует что-то наподобие сети и уже через полчаса выглядит как капли с органеллами, соединенные друг с другом тонкими нитями. Через 1–3 часа цитоплазматические нити разрываются, оставляя многочисленные отдельные протопласты, которые затем регенерируют клеточные стенки. Но клетки образуются не из любого протопласта — в нем обязательно должно быть ядро.

Вентрикарии в конфокальном микроскопе. Отчетливо видно, что основная масса цитоплазмы состоит из хлоропластов (c) и ядер (n), соединенных перемычками цитоплазмы (s). Центр клетки занимает крупная вакуоль (v), она заполнена клеточным соком и регулирует осмотическое давление в клетке. Фото из статьи V. A. Shepherd, M. J. Beilby, M. A. Bisson, 2004. When is a cell not a cell? A theory relating coenocytic structure to the unusual electrophysiology of Ventricaria ventricosa (Valonia ventricosa)

Размножается вентрикария путем сегрегативного деления. Протоплазма, сжимаясь, распадается на отдельные многоядерные участки различной формы и размера, которые округляются и одеваются собственной оболочкой. Образовавшиеся сегменты остаются внутри материнской клетки, которая в конце концов дегенерирует, высвобождая ювенильные клетки. Самой характерной чертой этого типа деления является полная независимость образования перегородок от деления ядер, тогда как у других водорослей обычное клеточное деление начинается с деления ядра. У валоний во время деления клетки локальное скопление ядер и хлоропластов отсекается куполообразной клеточной стенкой, образуя небольшую дочернюю клетку в форме линзы. Если дочерняя клетка образуется из верхней части материнской клетки, она разовьется в латеральную клетку (и будет выглядеть как отросток), если у основания таллома, то превратится в ризоид.

Слева — ризоиды (2) и сегрегативное деление (3) вентрикарии. Справа вверху — сегрегативное деление вентрикарии: дочерние клетки отделяются от материнской; справа внизу — от линзовидных клеток валонии «отпочковываются» новые клетки. Изображения из статьи J. L. Olsen, J. A. West, 1988. Ventricaria (Siphonocladales-Cladophorales complex, Chlorophyta), a new genus for Valonia ventricosa