В начало

Водная среда обитания (Лекция)

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Общая характеристика среды

2. Экологические группы гидробионтов

3. Особенности адаптации растений к водной среде

4. Особенности адаптации животных к водной среде

 

1. Общая характеристика среды

Водной средой называют такую среду, в которой вода играет важную роль, как наружная среда. Вода занимает приблизительно 71 % поверхность земного шара. Более 98 % - солёная вода,  1.2 % - льды полярных областей, ~0,45 % реки, озера, болота, родники, подземная пресная вода и т.д.

В океанах различают 2 экологические области:

1.  пелагиаль – толщу воды;

2.  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 200 м.;

мезопелагиаль – область воды от глубины 200 м 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.

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

2.      Плотность среды и ее вязкость. Плотность воды в 800 раз больше плотности воздушной среды. Пресная вода обладает максимальной плотностью при 4 оС. В среднем в водной толще на каждые 10м глубины давление возрастает на 1 атмосферу. Плотность воды обеспечивает возможность живым организмам опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм. Опорность воды служит условием парения в воде;

3.      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;

4.      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:

1.  поверхностный, до глубины 400 метров (морская термосфера);

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

3.  глубоководный, с температурой 1-3 оС.

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. В пресных водоемах кислотность нередко испытывает значительные колебания в течение суток. Морская вода более щелочная и ее колебания менее значимы. С глубиной РН уменьшается. Водоемы с РН 3,7 – 4,7 – кислые, 6,95 – 7,3 – нейтральные, более 7,8 – щелочные.

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. Среди катионов – кальций, магний, натрий, калий. В зависимости от содержания ионов кальция в пресной воде, воды подразделяют на мягкие (менее 9мг на 1 литр) и жесткие (более 25 мг. На литр).

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;

 

2. Экологические группы гидробионтов

В водной среде обитания выделяют 5 экологических группы организмов:

1.      Нектон – совокупность свободноплавающих животных, не имеющих связи с дном водоема – рыбы, кальмары, китообразные. Представлен крупными животными, которые способны пересекать большие расстояния и преодолевать сопротивление воды. Имеют обтекаемую форму тела и хорошо развитые органы движения. Скорость передвижения кальмаров – 50 км/ч, парусники – 100-150 км/ч, меч-рыба – 130 км/ч.

2.      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.

3.      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.

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

5.      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 350 оС. 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.

 

3. Особенности адаптации растений к водной среде

1.      Слабое развитие проводящей ткани, т.к. воду и минеральные вещества растение поглощает всей поверхностью тела.

2.      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.

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

4.      Наличие придатков, увеличивающих плавучесть.

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

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

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

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

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

10.  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.

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

 

4. Особенности адаптации животных к водной среде

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

4.1. Анатомо-морфологические

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

2.      Наличие большого количества воды в тканях – медузы.

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

4.      Наличие плавательных пузырей, наполненных газом у рыб.

5.      Развитие воздухоносных полостей.

6.      Увеличение площади поверхности тела у планктона.

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

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

9.      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).

10.  Обтекаемая форма тела у активно плавающих.

11.  Покрытие тела слизью, уменьшающей трение.

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

13.  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.

14.  У глубоководных специфические черты, о которых говорилось ранее.

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

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

 

4.2. Физиологические

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

2.      Удаление солей у морских организмов через жаберные лепестки.

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

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

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

6.      Наличие развитых хеморецепторов.

 

4.3. Поведенческие

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

2.      Горизонтальные перемещения (нерестовые, зимовальные, нагульные).

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

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

 


XBOX Live 500 рублей (RUS)
XBOX Live 500 рублей (RUS)


iTunes Gift Card (Russia) 4000 руб
iTunes Gift Card (Russia) 4000 руб


VISA VIRTUAL 1500 руб
VISA VIRTUAL 1500 руб