Хламидомонада — подвижная, овальная или округлая клетка, быстро движущаяся благодаря паре ресничек, расположенных на переднем ее конце. Ярко-зеленая окраска обеспечивает аутотрофное питание, но подкормка органическими веществами также необходима. Местообитание их весьма различного характера, им годится даже сырая земля, покрывающаяся периодически дождевой водой; особенно обыкновенны они в мелких водоемах; зимой их иногда много пода льдом в планктоне. Весной можно сделать массовый сбор в водах, где лягушки мечут икру. Икра эта нередко зеленеет, так как хламидомонады охотно селятся на белковой слизи, ее покрывающей, и образуют здесь сложный биологический комплекс с бактериями и хитридиевыми грибками. В лаборатории культура хламидомонад в неподвижной воде быстро приводит к образованию неподвижных особей, так называемой «пальмеллевидной» стадии.
Начнем с подвижной формы, или стадии движения. Клетка хламидомонады вполне дифференцирована, и чисто растительный характер ее вне сомнения. Она состоит из оболочки, протоплазмы, ядра, хроматофоров, пиреноида, ресничек, красного глазка — стигмы и пульсирующей вакуоли; продуктом ассимиляции является крахмал. Движения хламидомонады хорошо реагируют на свет и присутствие кислорода.
Из всего этого наиболее заметной частью является хроматофор, который иногда кажется занимающим чуть ли не всю клетку. Он имеет форму чаши, дно которой очень сильно утолщено. Отверстие чаши обращено к переднему концу клетки, несущему реснички. На дне его помещен крупный пиреноид. Края чаши или ровны, или разрезаны на участки, имеющие у некоторых видов даже форму лент.
Светлый передний конец клетки построен довольно сложно. Хорошо видны в нем пульсирующие вакуоли, чаще в числе двух. Недалеко от них находится и основание ресничек. Здесь на верхушке клетки очень часто легко заметить утолщение, имеющее как бы форму бородавки. Это утолщение прорезано двумя каналами, сквозь которые и проходят реснички, состоящие из прозрачной однородной плазмы. При окраске, например, гематоксилином, видно, что они внутри клетки прикреплены к сильно красящемуся плазматическому утолщению, которое Данжар назвал блефаропластом, от греческого слова «блефарис» — ресница, т. е. пластидой, дающей ресницы.
Стигма видна не у всех видов, она лежит вблизи хроматофора и отделяется от оболочки лишь тонким слоем протоплазмы. В противоположность тому, что мы видели у эвглены, глазок удален от основания жгутика и приближен к середине клетки.
Оболочка состоит из целлюлозы, легко, впрочем, пропитывающейся пектиновыми веществами, и тогда теряет свою характерную реакцию на хлорцинкиод.
Как в природе, так и в культурах хламидомонады легко дают пальмеллевидную стадию. При этом реснички теряются, а наружные слои клеточной оболочки расплываются в студень. Клетка делится, при чем, в результате повторных делений, нередко получается так называемая «вставочная» система оболочек. В этой стадии макроскопически организм имеет вид зеленых пленок или студенистых масс.
Деление клетки здесь происходит различно, смотря по тому, с каким из видов хламидомонад мы имеем дело. При этом реснички сбрасываются, а содержимое делится у одних видов продольно, у других поперечно. Повторное деление дает внутри старой оболочки 4 молодых клетки, которые развивают глазок и реснички и затем выходят наружу. Эти молодые подвижные клетки называются зоогонидиями.
Гаметы, или половые клетки, по внешности мало отличаются от зоогонидий. Они несколько мельче, и хроматофор их приближается к форме плоской пластинки. Число гамет, развивающихся в одной клетке, достигает 64.
У видов, имеющих поперечное деление, гаметы лишены оболочки и сливаются попарно, соприкасаясь своими бесцветными носиками. У видов с продольным делением гаметы одеты оболочкой, которая лишь частично удаляется при слиянии. Хламидомонады — классический пример морфологического ряда в развитии неравенства половых элементов. У Chlamydomonas Reinhardi Dang, и у Chi Steinii одна материнская клетка дает поперечным делением 8 гамет, которые копулируют, оставаясь совершенно одинаковыми. При копуляции реснички сбрасываются, и продукт копуляции — зигота — одевается оболочкой. Содержимое ее даже на невооруженный взгляд окрашивается благодаря накоплению какогото пигмента из группы каротиноидов, после чего организм вступает в стадию покоя. Chlamydomonas monadina Stein с пиреноидом, изогнутым подковообразно, и продолговатым глазком дает уже макрои микрогаметы. Первые образуются благодаря делению содержимого материнской клетки на 2, вторые при делении на 4 или на 8. Понятно, что последние мельче первых. Они сливаются тем местом, откуда выходят реснички; оболочка здесь ослизняется и содержимое малой гаметы, или, как ее следует называть, «микрогаметы», переливается в полость большой. Обе протоплазмы затем постепенно сливаются и превращаются в зиготу, вырабатывая на поверхности новую защитную оболочку. На молодой зиготе некоторое время виден овальный полый придаток, соответствующий оболочке микрогаметы.