ВОДНАЯ СРЕДА ЖИЗНИ. АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМОВ К ВОДНОЙ СРЕДЕ

Водной средой называют такую среду, в которой вода играет важную роль, как наружная среда.

Вода занимает приблизительно 71% поверхность земного шара.

1.2% - льды полярных областей.

~0,45% реки, озера, болота, родники, подземная пресная вода и т.д.

В океана различают 2 экологические области: *

пелагиаль – толщу воды; *

бенталь – дно, которая в свою очередь в зависимости от глубины делится на:

– сублиторальную зону – зона шельфа или материковой отмели, область плавного понижения суши до 200 – 500 м.;

– батиальную зону – область крутого склона до глубины 3 км.;

– абиссальную зону – океаническое ложе со средней глубиной – 3-6 км;

– ультраабиссаль – океанические впадины, 6 – 10 км;

– талассобатиаль – склоны океанических гор, вулканов,

Кромка берега, заливаемая в период приливов называется литоралью. Часть берега выше уровня прилива, увлажняемая брызгами прибоя и штормами называется супралиторалью.

Пелагиаль подразделяется на:

– эпипелагиаль – область воды до глубины до 200м.;

– мезопелагиаль – область воды от глубины 200м до глубины до 1 км.;

– батипелагиаль – область воды глубиной от 1 до 2-3 км.;

– абиссопелагиаль – область воды от 3 до 6 км;

– ультраабиссаль – глубоководные впадины.

В воде обитают примерно 150000 видов животных – около 7% от известных ныне и 10000 видов растений – 8%. Наибольшее разнообразие видов в тропических, субтропических морях на глубине не превышающей 200 – 500 м.

Характерными чертами водной среды обитания является следующие. *

Подвижность воды: приливы и отливы, морские течения, движение волн и др.; *

Плотность среды и ее вязкость. Плотность воды в 800 раз больше плотности воздушной среды.

Наличие поверхностного натяжения в результате которого образуется тонкая пленка – результат притягивания молекул жидкости. Этим пользуются для передвижения водные беспозвоночные (водомерки, вертячки), скользящие по водной поверхности лишь прогибая воду, образуя вогнутый мениск; *

Температурный фактор – отличается меньшим притоком тепла, относительно постоянен, обитатели воды – стенотермы, очень опасно тепловое загрязнение. Часть тепловой энергии, поступающей на поверхность воды, отражается, часть идет на испарение. В озерах и прудах в зависимости от температуры выделяют три слоя воды:

– верхний – эпилимнион, температура которого испытывает резкие сезонные и суточные колебания;

– средний, металимнион, слой температурного скачка, где отмечается резкий перепад температур;

глубоководный (придонный) – гиполимнион, где температура в течение всего года изменяется незначительно.

Летом наиболее теплые слои располагаются у поверхности, холодные – на глубине – прямая стратификация. Зимой наоборот – обратная стратификация. Период относительно постоянного температурного состояния водной среды зимой и летом носит название стагнация (летняя и зимняя).

Термическая стратификация характерна и для морской среды, где также выделяют 3 слоя:

– поверхностный, до глубины 400 метров (морская термосфера);

– промежуточный (постоянный термоклин), до глубины 1500 м.

– глубоководный, с температурой 1-3оС.

Исключение составляют термальные источники с температурой до 100 оС.

Термодинамические особенности среды, такие как высокая удельная теплоемкость, большая теплопроводность и расширение при замерзании (при этом лед образуется только сверху, а основная масса воды не промерзает) создают благоприятные условия для живых организмов. *

Кислотность среды важный фактор, нередко сказывающийся на распределении организмов.

Большинство пресноводных рыб выдерживают РН от 5 до 9. *

Световой режим и прозрачность воды зависят от общего количества солнечного света, падающего на водную поверхность. Часть его отражается, часть поглощается толщей воды. С глубиной изменяется спектральный состав воды, поскольку волны разной длинны по разному поглощаются водой. Первыми исчезают красные лучи, затем зеленые, синие. Растения приспосоабливаются к этому вырабатывая специальные пигменты: фикофеинф, фукоксантины, фикоэритрины и др., т.е. происходит хроматическая ааптация. Для водных растений и частично погруженных характерна гетерофилия, т.е. различие строения надводных и подводных органов у одного растения.

Например, стрелолист, лютик водный разнолистный, кувшинки, кубышки, поручейник.

Поглощение света в воде тем сильнее, чем меньше ее прозрачность. Прозрачность воды в свою очередь обусловлена наличием в ней частиц минеральных веществ (глина, ил). Уменьшается прозрачность воды при бурном разрастании водной растительности в летний период или при массовом размножении мелких организмов, находящихся в поверхностных слоях во взвешенном состоянии.

Самые прозрачные воды в Саргассовом море – 66, 5 м, а прозрачность Сырдарьи и Амударьи – несколько см. *

Солевой режим формируется под влиянием естественно-исторических и геологических условий, а также при антропогенном воздействии. Определяется содержанием солей в воде, выражается в г/л или в промилле О/ОО. По общей минерализации воды подразделяются на:

– пресные – до 1 г/л;

– солоноватые – 1 – 25 г/л;

– морской солености – 26 – 50 г/л;

– рассолы – более 50 г/л.

Наиболее важными из растворенных веществ являются карбонаты, сульфаты, хлориды.

Соленость является ограничивающим фактором. *

Газовый режим определяется в первую очередь концентрациями кислорода и углекислого газа. Кроме них в воде имеются сероводород, метан и др.

Кислород поступает в воду из воздуха и выделяется растениями в процессе фотосинтеза. Содержание кислорода обратно пропорционально температуре: при повышении температуры содержание кислорода в воде уменьшается. Наиболее богаты кислородом холодные, подвижные воды водопадов, горных рек. Содержание кислорода в воде – лимитирующий фактор.

Например, заморы рыб зимой.

Среди животных встречаются как эвриоксибионты, так и стенооксибионты. Многие виды живых организмов способны при недостатке кислорода впадать в неактивное состояние аноксибиоз.

Дыхание гидробионтов осуществляется как через всю поверхность тела, так и через специализированные органы: жабры, легкие, трахеи. У некоторых встречаются комбинированные органы дыхания, например у двоякодышащих рыб. Вторичноводные животные сохраняют обычно атмосферный тип дыхания, как энергетически более выгодный, и поэтому нуждаются в контактах с воздушной средой.

Углекислый газ поступает в воду в результате растворения из воздуха, в результате дыхания гидробионтов, разложения органических остатков, высвобождения из карбонатов. Он лучше растворяется в воде, чем кислород. Содержание углекислого газа в воде в 700 раз больше, чем в воздухе.. Морская вода – главный резервуар углекислого газа на планете.

Углекислый газ принимает участие в формировании известковых скелетных образований беспозвоночных животных, обеспечивает фотосинтез водных растений. *

Относительное постоянство факторов, и как следствие большое количество стенобионтных видов;

Экологические группы гидробионтов.

В водной среде обитания выделяют 3 экологических группы организмов: *

Нектон – совокупность свободноплавающих животных, не имеющих связи с дном водоема – рыбы, кальмары, китообразные.

Планктон – совокупность пелагических организмов, которые не обладают способностью к активному передвижению. Как правило это мелкие животные, которые переносятся течениями. Планктон подразделяется на зоопланктон, фитопланктон, водные бактерии. *

Нейстон – организмы, населяющие поверхностную пленку воды на границе с воздушной средой. Как правило, это организмы в личиночной стадии развития. Взрослея они покидают поверхностный слой, служащий убежищем и перемещаются жить в другие слои. К гипонейстону относят крупных беспозвоночных, личинки и мальки рыб. *

Плейстон – организмы, часть которых расположена над поверхностью, а часть в воде. Например, ряска. *

Бентос – совокупность организмов, обитающих на дне водоема, в грунте: фитобентос, зообентос.

Особой группой водных организмов являются глубоководные животные. Они как правило незрячи или имеют телескопические глаза, усиленно развиты осязательные рецепторы, окрашены в красный цвет или бесцветны, не имеют плавательного пузыря, как правило имеют причудливую форму, большие рты, светящиеся органы, растягивающиеся животы, все, что способствует поглощению пищи в темноте. Их разнообразие связано со стабильностью экосистем в течение длительного исторического времени, что позволило сохраниться древним видам.

Еще одна специфическая водная экосистема образуется у черных курильщиков, где температура растворов гидротерм достигает 350оС. Там отмечено обилие хемо-лито-автотрофных бактерий, «заросли» животных вестимминифер, гигантские крабы, моллюски.

По подвижности все гидробионты подразделяются на: *

Малоподвижные; *

Неподвижные; *

Подвижные.

По способу питания подразделяются на: *

Автотрофы; *

Гетеротрофы.

По размерам на: *

Микро; *

Макро; *

Мезо.

Особенности адаптации растений к водной среде. *

Слабое развитие проводящей ткани, т.к.

Слабое развитие корневой системы, которая служит только для прикрепления к субстрату. У водорослей корней нет, есть ризоиды. У некоторых имеются корневища, в которых запасаются питательные вещества. Так же они служат для вегетативного размножения. *

Слабое развитие механических тканей, из-за высокой плотности среды, поддерживающей побег или слоевище. *

Наличие придатков, увеличивающих плавучесть. *

Наличие воздухоносной паренхимы, увеличивающей плавучесть и запасающей газы для дыхания и фотосинтеза. *

Большая поверхность листьев при малом объеме растения – приспособление к улучшению газообмена при недостатке кислорода. *

Разнолистность (гетерофилия) – сальвиния плавающая, чилим. Погруженные в воду – минеральное питание, поверхностные фотосинтез. *

Листья, погруженные в воду – тонкие, хлорофилл расположен в клетках эпидермиса – приспособление к фотосинтезу при слабом освещении. *

Наличие слизи и толстостенных клеток эндодермы – защита от вымывания минеральных солей. *

Интенсивное размножение вегетативным путем из за затруднения переноса пыльцы и низкой температуры воды, неблаготворно действующей на генеративные органы растения. При размножении половым путем цветоносы часто выносятся в воздушную среду. *

Пыльца, семена, плоды распространяются течениями – гидрохория. Часто они имеют полости, заполненные воздухом, выросты, обеспечивающие плавучесть.

Особенности адаптации животных к водной среде.

У нектона и планктона – приспособления, увеличивающие плавучесть, у бентоса – приспособления к донному образу жизни.

Анатомо-морфологические: *

У мелких форм, живущих в толще воды – редукция скелета, образование полостей в скелетных образованиях, раковинах (радиолярии, ризоподы). *

Наличие большого количества воды в тканях – медузы. *

Скопление капелек жира в теле (ночесветки, радиолярии), крупные скопления жира – ракообразные, рыбы, китообразные. *

Наличие плавательных пузырей, наполненных газом у рыб. *

Развитие воздухоносных полостей. *

Увеличение площади поверхности тела у планктона. *

Расположение дыхательного отверстия. Например, у дельфинов в теменной части головы, что позволяет сделать вдох не замедляя движения. *

Использование поверхностного натяжения воды для движения – водомерки, жуки-вертячки. *

Активное плавание при помощи ресничек (инфузория туфелька, инфузория- трубач), жгутиков (эвглена зеленая), изгибания тела (миноги, миксины, угорь), реактивным способом за счет энергии выбрасываемой струи (головоногие моллюски, наутилус), перемещение при помощи ложноножек (саркодовые), специализированных плавательных конечностей (плавники рыб, ласты млекопитающих). *

Обтекаемая форма тела у активно плавающих. *

Покрытие тела слизью, уменьшающей трение. *

Некоторые рыбы способны к полету (летучая рыба, клинобрюшка) на расстояние до 400 м. *

Только в водной среде встречаются неподвижные, ведущие прикрепленный образ жизни животные: гидроиды, коралловые полипы, морские лилии, двустворчатые моллюски и др. У них разветвленная форма тела, хорошо развитые жабры, незначительная плавучесть. *

У глубоководных специфические черты, о которых говорилось ранее. *

Приспособления формы тела, маскирующие под предметы окружающей среды (рыба-игла, морской конек, рыба-лист, скорпеновые). *

Наличие срединной линии у рыб – орган, специализированный для водной среды.

Физиологические. *

Сложный механизм водно-солевого обмена. Наличие специальных органов для удаления избытка воды: пульсирующие вакуоли, органы выделения. *

Удаление солей у морских организмов через жаберные лепестки. *

Ротовой аппарат цедильного типа (кишечнополостные, моллюски, ланцетник, иглокожие, ракообразные). Выполняют важную роль в очистке водоемов. *

Способность улавливать звуки (до ультразвука). Способность к эхолокации. *

Способность к генерированию электричества (электрический скат, электрический угорь). *

Наличие развитых хеморецепторов.

Поведенческие. *

Вертикальные перемещения (суточные, для нереста, охоты). *

Горизонтальные перемещения (нерестовые, зимовальные, нагульные). *

Способность к строительству (паук-серебрянка, осьминоги, личинка ручейника). *

Специфическое поведение жителей пересыхающих водоемов, способных переносить длительные периоды без воды в состоянии гипобиоза (пониженной жизнедеятельности). 1.3.4.