Зигнемовые водоросли отличаются от десмидиевых отсутствием двусимметрии и скульптуры на оболочке клеток; последние соединены в нити, никогда не ветвящиеся и лишенные различия между верхним и нижним концом, чаще плавающие, чем прикрепленные. Кроме того, каждая зигота дает здесь лишь один проросток, тогда как у десмидиевых их два.
Нити зигнемовых встречаются обычно массами, отличаясь своей изумрудно-зеленой окраской и нежной тонкой конструкцией. Обратимся сначала к строению их клеток.
У мужоции цилиндрические клетки, соединены в тонкую нить. В оптическом разрезе клетка прямоугольна, в ней одна пластинка хроматофора, прямоугольная и занимающая почти всю клетку, если лежит плашмя, и узкая, почти линейная, если повернута ребром к наблюдателю. Под влиянием световых лучей хроматофор этот способен к движению, принимая положение, наиболее выгодное для ассимиляции; в рассеянном свете он обращается к источнику света своей широкой стороной, в прямом — повертывается профилем.
Ядро лежит посередине, прижатое к хроматофору. Сверх того, по поверхности последнего разбросано довольно много крахмалообразователей или пиреноидов, окруженных крахмалинками, и попадаются зернышки протеиновых веществ, так называемые кариоиды. Для обнаружения их лучше всего окрасить фиксированную спиртом клетку последовательно эозином и иодом. При этом крахмал посинеет, а тело пиреноидов и кариоиды порозовеют от эозина.
Здесь двусимметрия совершенно отсутствует.
У зигнемы клетка нити также цилиндрическая, но хроматофор внутри ее состоит из двух симметрично расположенных половин, соединенных пояском. Каждая половина звездообразна и снабжена одним пиреноидом. Ядро находится на середине клетки у пояска хроматофора. Здесь половины хроматофора расположены симметрично и напоминают о симметрии десмидиевых.
Клеточная оболочка у этих водорослей состоит из наружного слоя, который Ольтманс предложил для краткости назвать кутикулой, и внутреннего целлюлозного. Поперечные перегородки молодых клеток кажутся построенными из одного слоя целлюлозы, позднее же они дифференцируются на две пластинки, каждая из которых в средней части несколько утолщена. При увеличении тургора со стороны содержимого кутикула разрывается, и нить делится на несколько коротких нитей.
У диатомеи и у большинства десмидиевых деление клетки ведет вместе с тем и к увеличению числа особей; деление клетки есть вместе с тем и вегетативное размножение. У нитчатых организмов, какова зигнема, деление клетки ведет только к росту нитей, но не к увеличению числа их. Здесь вегетативное размножение достигается уже не делением клеток, а делением нитей. Разделение нитей есть нормальный биологический процесс; оно не может быть только случайным, а должно соответствовать какомулибо определенному механизму, что и достигается расслаиванием прилежащих оболочек и последующим разрывом кутикулы.
Главный отличительный признак вегетативного размножения тот, что вновь образовавшиеся протопласты продолжают расти и делиться далее беспрерывно. Однако, мы знаем, что огромное большинство организмов периодически обречено на замирание, так как засуха в том числе и просто пересыхание данного бассейна), зимний холод, истощение питательного материала или недостаток воздуха делают
В одном случае деление клетки приводит к образованию элементов, «способных продолжать свою вегетацию безостановочно, в других — к элементу, способному прорастать только по прошествии более или менее длительного периода покоя. Почему это? Потому, что деление ядра протекает в обоих случаях совершенно различно: в первом оно является эквационным, во втором — редукционным.
При эквационном делении число ядерных элементов — хромозом — остается постоянным, и каждое из дочерних ядер вполне эквивалентно материнскому. Иначе, от деления до деления вещество ядра вполне восстановляется, и его при каждом делении хватает на два совершенно таких же. При редукционном делении число хромозом уменьшается в дочерних ядрах вдвое против числа их в материнском ядре. Так как хромозомы играют весьма важную роль в строительной деятельности клетки и число их у каждого вида — величина постоянная, то ясно, что организм с нормальным числом хромозом и организм с двойным их числом должны быть различны. Их противополагают друг другу под названием гаплоида и диплоида — названия, производимые от греческих слов «гаплос» — простой и «диплос» — двойной и окончание «ид» от греческого же корня «ид», «идиос» — своеобразный, свойственный только одному.
При образовании зиготы две клетки сливаются в одну, и число хромозом удваивается. Получается диплоид. Так как явления этого рода были особенно точно изучены первоначально у мхов и у папоротников, где диплоид дает споры, а гаплоид — половые элементы, или гаметы, то диплоид часто называют спорофитом, а гаплоид — гаметофитом. В нашем случае нити мужоции или зигнемы будут гаметофитом, а сливающиеся вместе клетки — гаметами. Если они совершенно одинаковы, то их называют изогаметами. Спорофитдиплоид в нашем случае — это зигота. Спорофит у зигнемовых развит крайне слабо, вся его деятельность состоит в том, что ядро зиготы делится дважды и дает четыре одинаковых ядра, содержащих уже половинное число хромозом, сравнительно с тем их числом, какое было в зиготе. Затем три ядра растворяются и исчезают, а четвертое дает начало новой нити.
У мужоции половые клетки, или гаметы, раз образовавшись, вызывают разрастание оболочки на середине клетки и образование цилиндрического отростка, отходящего от нити под прямым углом. Так как нити лежат параллельно одна другой, то такие отроги развиваются обычно один навстречу другому, соприкасаются и, благодаря растворению концевых оболочек, сливаются в полую трубку. Обе гаметы переходят в полость этой трубки и сливаются на середине ее, почему мужоция долгое время носила наименование «мезокарпус», так как плод ее, зигота, образуется на середине между двумя нитями, а не в одной из них.
У зигнемы зигота образуется внутри клетки, при чем после образования копулятивного канала содержимое одной из клеток перекочевывает в клетку другой нити, где и происходит слияние ядер. После слияния зигота одевается плотной оболочкой, формы хроматофора расплываются, но зеленая окраска не исчезает.
В природе зигота падает на дно водоема и, пережив стадию покоя, соответственно периоду образования зародышевого ядра и формированию инициальной клетки молодого организма, а внешне — периоду зимы или засухи, прорастает.
Наилучшим объектом для наблюдения за процессом копуляции и образованием зигот является третий род этого семейства, именно спирогира.