Хлорелла как биологический объект¶

Хлорелла (лат. Chlorella) — род одноклеточных зелёных водорослей отдела Chlorophyta, характеризующихся сферической формой клетки, наличием хроматофора с хлорофиллом и отсутствием жгутиков во взрослом состоянии. Насчитывается несколько десятков видов, распространённых в пресных водоёмах, почвах и на влажных поверхностях по всему миру. Благодаря высокой скорости размножения, способности к фотосинтезу с выделением кислорода и богатому биохимическому составу хлорелла стала одним из наиболее изучаемых и культивируемых микроорганизмов в биотехнологии, экологии и пищевой промышленности.

¶История изучения

Род был описан в 1890 году голландским микробиологом Мартинусом Виллемом Бейеринком, который выделил культуру из проб пресной воды. Название происходит от греческого «chloros» — «зелёный» и уменьшительного суффикса, указывающего на малые размеры клеток.

В середине XX века интерес к хлорелле резко возрос в связи с космическими программами. В 1950–1960-х годах в СССР и США рассматривали возможность использования водоросли в замкнутых системах жизнеобеспечения космических кораблей: она должна была регенерировать кислород и служить источником белка для экипажа. В 1961 году советский космонавт Герман Титов провёл первые эксперименты с хлореллой на орбите. В 1970-х годах японские исследователи начали массовое промышленное культивирование водоросли в качестве пищевой добавки.

¶Биологические особенности

Клетка хлореллы имеет диаметр от 2 до 10 микрометров и покрыта плотной целлюлозной оболочкой. Внутри расположен чашевидный хроматофор, содержащий хлорофиллы a и b, а также каротиноиды. Запасное питательное вещество — крахмал, откладывающийся в строме хлоропласта.

Размножение происходит бесполым путём: материнская клетка делится на 4–8 (иногда до 16) автоспор, которые высвобождаются при разрыве оболочки. Половой процесс у большинства видов отсутствует. При благоприятных условиях цикл деления занимает 6–12 часов, что обеспечивает экспоненциальный рост биомассы.

Хлорелла — облигатный фотоавтотроф, однако способна переходить на миксотрофное питание при наличии органических веществ в среде. Оптимальная температура для роста — 25–35 °C, pH — 6–8. В отличие от многих водорослей, она устойчива к высоким концентрациям CO₂ и может развиваться в сточных водах.

¶Химический состав

Сухая биомасса хлореллы содержит:

Белки хлореллы включают все незаменимые аминокислоты. Водоросль богата витаминами группы B, витамином C, E, K, а также β-каротином. Среди минералов преобладают железо, кальций, магний, калий и цинк. Содержится хлорофилл в концентрации до 3 % сухой массы.

¶Применение

¶Пищевая промышленность

Хлорелла используется как источник растительного белка и биологически активных добавок. В Японии, Китае, Тайване и США выпускаются таблетки, порошки и напитки на её основе. В Европейском союзе водоросль зарегистрирована как новое пищевое сырьё (novel food) и допущена к употреблению.

¶Кормопроизводство

В животноводстве и аквакультуре биомасса хлореллы применяется как кормовая добавка для птицы, свиней и рыб. Она повышает иммунитет животных и улучшает качество продукции.

¶Экология и очистка воды

Хлорелла активно используется в системах биологической очистки сточных вод: она поглощает азот и фосфор, снижая эвтрофикацию водоёмов. В фотобиореакторах водоросль применяется для улавливания углекислого газа из промышленных выбросов.

¶Биотопливо

Липиды, накапливаемые хлореллой при определённых условиях культивирования, служат сырьём для производства биодизеля. Исследования в этой области ведутся с 1990-х годов, однако себестоимость такого топлива пока остаётся выше традиционного.

¶Культивирование

Промышленное выращивание хлореллы ведётся двумя основными способами:

• Открытые пруды — недорогие, но уязвимые для загрязнений и зависящие от климата.
• Закрытые фотобиореакторы — обеспечивают контролируемые условия, высокую плотность культуры, но требуют значительных капиталовложений.

Ключевые параметры культивирования — освещённость, температура, концентрация CO₂ и минеральное питание. Сбор биомассы проводится центрифугированием, флокуляцией или фильтрацией.

¶Критика и ограничения

Основные претензии к продуктам из хлореллы связаны с высокой стоимостью производства и нестабильностью качества. Оболочка клетки плохо переваривается человеком, поэтому применяются методы её разрушения. Отдельные исследования указывают на риск накопления тяжёлых металлов при выращивании в загрязнённой среде. Ряд заявлений о лечебных свойствах водоросли не имеет достаточной доказательной базы.

¶Близкие роды

Хлореллу часто путают с другими микроскопическими водорослями, в частности с хламидомонадой и сценедесмусом. В отличие от хламидомонады, хлорелла не имеет жгутиков и не подвижна. Сценедесмус образует колонии, тогда как хлорелла всегда одноклеточна.