Привет студент

Вода является не только средой жизни многих современных животных и растений, но и первичной средой, в которой произошло зарождение жизни на нашей планете. Это объясняемся ее исключительными физико-химическими свойствами, благоприятствующими протеканию в воде жизненных процессов.

Вода — природное тело, жидкость, представляющая собой окись водорода (Н₂О). В природе вода встречается во всех сферах: в атмосфере (водяной пар, выделяющийся в виде осадков—росы, дождя, снега и пр. ), литосфере (образуется из магмы, находится в круговороте в верхних слоях земной коры), биосфере (входит в состав живого вещества) и, наконец, образует гидросферу, т. е. особую водную оболочку Земли. В природе вода находится в трех агрегатных состояниях — парообразном, жидком и твердом.

Мы рассматриваем воду как среду жизни. В этом отношении нас интересует именно жидкая вода, образующая гидросферу. Изучение объективных закономерностей развития жизни в воде составляет предмет гидробиологии — особой комплексной науки биологического цикла.

Толщина гидросферы сильно варьирует в разных участках земной поверхности. Максимума она достигает в Марианской впадине Тихого океана, где глубина превышает 11, 0 км. Средняя глубина океана равна 3, 8 км. Поверхность земного шара, как известно, округленно составляет около 500 млн. кв. км. Площадь гидросферы превышает 360 млн. кв. км, т. е. составляет 71 %, или почти 3/4, всей поверхности нашей планеты. Объем воды в гидросфере равен 1, 3 млрд. куб. км.

Большая часть этой колоссальной массы воды населена живыми существами — животными, растениями и микробами. Вода является подлинной средой жизни, обладающей рядом специфических особенностей и накладывающей глубокий отпечаток на строение и отправления населяющих ее организмов.

Какие свойства характеризуют воду как среду жизни?

Вода является средой большой плотности, относительно подвижной, характеризующейся большим разнообразием в отношении ее газового и солевого режима. Некоторые авторы ошибочно считают воду более однообразной средой жизни, чем воздушная. При этом обращается внимание на то, что температура колеблется в воде в значительно меньших пределах, чем в атмосфере. Кроме того, в океане, где соленость воды почти постоянна, можно выделить сравнительно немного характерных жизненных зон. Все это так, но если взглянуть на гидросферу в целом, картина получится совершенно другая.

Г. В. Никольский' (1944), характеризуя воду как среду обитания рыб, подчеркивает разнообразие условий жизни в воде. Он пишет: «Совершенно естественно, что водная среда, охватывающая земной шар от полюсов до экватора и встречающаяся в пределах высот около 6000 м над уровнем океана и глубин свыше 10000 м, чрезвычайно разнообразна по условиям существования для рыб. Поскольку рыбы, следуя в своем распространении за водной средой, также распространены, начиная от высокогорных водоемов и кончая океаническими глубинами, и встречаются как в полярных водах, так и под тропиками, постольку естественно, что для жизни в столь разнообразных условиях они должны были выработать у себя целый ряд весьма различных приспособлений, позволяющих им существовать и в горных потоках, со скоростью движения воды до 2 и более метров в секунду, и на огромных глубинах свыше 10000 м, где давление достигает до 1000 атмосфер. Столь же велика и амплитуда приспособлений к такому фактору, как температура. Рыбы живут и при температурах, близких к температурам замерзания соленой воды (—2, —3°) и при +50°С. Точно так же велика и амплитуда колебаний солености, при которой могут жить рыбы.

Столь разнообразные условия существования, естественно, способствуют адаптивной радиации организмов, и несомненно, что этим объясняется тот факт, что среди позвоночных рыбы являются классом, наиболее богатым видами. Таким образом, морфологическое разнообразие рыб неразрывно связано с разнообразием их образа жизни». Но рыбы—сравнительно высокоорганизованные позвоночные. Значительной приспособленностью к жизни в разнообразных условиях водной среды обладают также многочисленные представители беспозвоночных животных, различных растений и микроорганизмов.

Вода является чрезвычайно благоприятной средой жизни, и этим она обязана ряду своих замечательных физико-химических свойств. Как отмечает С. А. Зернов, исключительно важны для жизни прежде всего термические особенности воды: ее удельная теплота, теплопроводность и расширение перед замерзанием.

Благодаря высокой удельной теплоте воды температура водных бассейнов является сравнительно постоянной и не может быстро изменяться. То же самое касается и температуры тела водных организмов, поскольку они окружены водой и само тело их больше чем наполовину состоит из воды. Крайне выгодна для развития жизни в воде ее высокая скрытая теплота плавления, благодаря которой температура остающейся подо льдом воды не понижается ниже точки замерзания и дальнейшее охлаждение выражается только медленным увеличением толщи льда. Теплопроводность воды, большая, чем у всех других жидкостей, содействует выравниванию внутренней температуры организмов. Расширение воды перед замерзанием в сочетании с тем, что наибольшая плотность воды имеет место при 4°, предохраняет водоемы от заполнения котловин льдом, что привело бы к прекращению в них жизни.

Исключительно пригодны для жизни и отношения воды к другим веществам. Вода—наилучший растворитель, хотя сама остается химически инертной. Благодаря этой особенности природные воды обладают разной (качественно и количественно) минерализацией и разной активной реакцией, что чрезвычайно разнообразит условия жизни. В воде, лишенной солей, жизнь невозможна. Bнутри организма, будучи основной составной частью крови и мочи, вода является главнейшим растворителем и передатчиком, основным средством передвижения всех питательных веществ и всех продуктов выделения, которые входят в состав мочи и крови. Благодаря высокому поверхностному натяжению ряд организмов пользуется поверхностной пленкой воды как субстратом для передвижения сверху (вертячки и водомерки) и снизу (прудовики).

Высокая диэлектрическая постоянная воды обусловливает диссоциацию солей, кислот и щелочей на ионы, присутствие которых повышает разнообразие химических реакций. Проницаемость воды для лучистой энергии делает возможной жизнь на значительных глубинах.

Необходимо отметить особенности химического состава воды, вскрытые современной наукой. Вода не просто окись водорода Н2О, но имеет много модификаций, ибо в природе существуют изотопы как водорода (Н¹, Н² и Н³), так и кислорода (О¹⁶, О¹⁷ и О¹⁸). Поэтому в природе, кроме обыкновенной, т. е. «легкой» воды с молекулярным весом 18 (Н¹Н¹О¹⁶), существует ряд видов тяжелой воды и, наконец, сверхтяжелая с молекулярным весом 24 (Н³Н³О¹⁸). Тяжелая вода встречается в природе в ничтожных количествах.

Исследованная тяжелая вода типа И²Н²О¹⁶ и Н²Н²О¹⁸ отличается рядом свойств (точка замерзания +3, 8°, точка кипения +101, 4^о, наибольшая плотность при+11, 6°, яд для организмов). Низкоорганизованные животные оказались более устойчивыми к токсическим действиям тяжелой воды. Открытие разных форм воды ставит перед гидробиологами ряд задач по изучению их влияния на организмы, что может иметь практическое значение для медицины.

Вода представляет собой такую среду, что в природе она всюду населена организмами. И в капле сенного настоя, и в весенней луже, и в большом водовместилище — везде можно видеть жизнь.

Как уже отмечалось, водная среда в силу своих замечательных физико-химических свойств, благоприятствовавших синтезу белка, явилась колыбелью жизни на Земле. Именно в ней прошли значительный исторический путь развития животные и растительные организмы, прежде чем они вышли на сушу. В водоемах продолжается пышное развитие жизни и в настоящее время. Об этом красноречиво свидетельствуют следующие цифры. По С. А. Зернову, известно 68 классов и подклассов животных и 26 — растений, а всего 94 соответствующие систематические группы организмов. В море возникла большая часть классов и подклассов живых существ и здесь они преобладают сейчас, жизнь пресных вод и суши менее разнообразна.

 

Из приведенных цифр наглядно видно, что 3/4 классов и подклассов животных и 1/2 соответствующих групп растений возникли в море, меньше — на суше и незначительное количество — в пресной воде. Современное распространение организмов в соответствующих средах характеризуется несколько иными показателями за счет расширения ареала и овладевания новыми местообитаниями. Представители одних и тех же классов, возникшие некогда в какой-либо одной среде, обитают теперь в нескольких средах. Широко шло заселение извне суши и особенно пресных вод, в связи с чем организмы должны были существенно видоизменяться, приспосабливаясь к новым условиям жизни. Как видим, в целом жизнь в воде значительно богаче и разнообразнее, чем на суше. Чтобы ознакомиться с наибольшим разнообразием форм, зоологу следует изучить фауну моря, а ботанику — флору пресных вод.

Ввиду столь большого разнообразия форм жизни, обитающих в воде, дать их краткий обзор не представляется возможным. В воде обитают представители всех типов низших растений (бактерии, синезеленые водоросли, диатомовые, сцеплянки, зеленые, бурые и красные водоросли, миксомицеты, грибы и лишайники), большинства типов высших растений (мохообразные, папоротникообразные, хвощи, цветковые), всех типов беспозвоночных животных (простейшие, губки, кишечнополостные, черви, членистоногие, моллюски, иглокожие), почти всех классов позвоночных животных.

Среди гидробионтов имеются организмы первичноводные (по всей линии предков жили в воде) и вторичноводные (происходят от наземных, например, дельфины, киты и т. п. ). Вторичеоводные организмы имеют органы дыхания, приспособленные к усвоению атмосферного кислорода.

Жизнь в воде требует специальных приспособлений, адаптаций. Можно говорить о полной приспособленности организмов, когда все их отправления полностью соответствуют условиям жизни в воде и не нуждаются в других средах, и о частичной приспособленности, когда жизнь организма не обеспечивается водной средой (связь с грунтом или воздухом, при наличии соответствующих приспособлений).

В. И. Жадин, рассматривая основные черты адаптации пресноводных организмов к условиям обитания, делит адаптации на цельные и раздельные. Цельной адаптацией называется такое положение, когда данный вид животного или растения по своим физиологическим особенностям бывает в состоянии в данных условиях среды проделывать весь свой жизненный цикл. Наряду с этим, среди пресноводных животных имеются многочисленные примеры того, что данные условия обитания пригодны только для какой-либо одной жизненной стадии этого вида и совершенно непригодны для другой. Такие раздельные адаптации наблюдаются, например, у проходных и полупроходных рыб, кормящихся и растущих в одних условиях, а размножающихся в других. Сходной по своему биологическому смыслу адаптацией обладают многие водно-воздушные насекомые, обитающие одну часть жизни в воде, а другую в воздухе, уподобляясь в этом отношении земноводным. Некоторые из животных и растений, наделенных раздольными адаптациями, обладают также пассивными средствами защиты от неблагоприятных условий среды — способностью переходить в недеятельное (анабиотическое) состояние. При коренном изменении условий среды (высыхание водоема, замерзание, исчезновение растворенного кислорода) животные, растения и бактерии впадают в состояние скрытой жизни, закрываясь малопроницаемыми крышечками, пленками, оболочками. В ряде случаев от неблагоприятных условий спасаются не взрослые организмы, а их яйца, почки, цисты и тому подобные стадии.

У водных организмов можно видеть множество различных, приспособлений — как частного порядка, к отдельным условиям жизни, так и более общего характера — к данной среде. Мы считаем возможным выделить у гидробионтов четыре типа адаптаций:

I. Приспособления к среде жизни (к жизни в воде вообще)

1. К условиям плотности среды (как и в почве)— богатые слизью покровы, обтекаемость формы тела.

2. К условиям газового режима, в частности, меньшей концентрации кислорода— рассеченность листьев у растений (гидроморфоз) и образование жабр у первичноводных животных.

3. К условиям солевого режима — выработка специального осморегуляторного аппарата.

4. К условиям температурного режима — зависимость температуры тела от температуры окружающей среды (пойкилотермность) и необходимость специальной теплоизоляции у вторичноводных теплокровных млекопитающих (подкожный жир).

5. К, условиям питания (наличию дисперсной пищи в виде планктона в окружающей среде) — выработка сидячих форм не только у растений, но и у всех типов животных (простейшие — сувойки, губки, кишечнополостные, черви — трубчатые, членистоногие — мушка симулиум, моллюски — устрица, иглокожие — морские лилии, хордовые — оболочники).

II. Приспособления к среде обитания (к жизни в море или континентальных водоемах)

1. Специальная осморегуляция.

2. Способность по-разному относиться к колебаниям факторов внешней cpеды (меньшая пластичность у морских организмов и большая — у пресноводных),

3. Разные условия питания и межвидовой борьбы за существование (в море много пищи и хищников, что требует повышенной плодовитости или миграций для размножения в пресные воды).

III. Приспособления к разным биотопам

1. К жизни в толще воды — развитие средств пассивной плавучести (облегчение в весе достигается: увеличением количества воды в составе тел; использованием малых количеств Са и Si при постройке скелетов плавающих организмов; наличием газовых гидростатических аппаратов и образованием в геле скоплений жира; наличием студенистых и слизистых образований, покрывающих тело) и активного плавания (жгуто-ресничное и мышечное плавание; выработка плавников, рычагов и; реактивного движения).

2. К жизни на дне — образование прикрепленных форм (перифитон, сидячие организмы), сверлящих, закапывающихся, свободно лежащих и свободно двигающихся форм.

3. К жизни в связи б поверхностной пленкой воды.

4. К жизни в реке — противостояние течению (уплощение тела и его прикрепление у донных) или активное плавание.

5. К жизни на большой глубине (под давлением).

 IV. Приспособления к отдельным условиям

 

1. К быстрому и медленному течению — форма тела.

2. К высокой и низкой температуре—сезонные формы планктонных организмов (цикломорфоз).

3. К разным субстратам для откладывания икры.

4. К различным видам пищи — строение зубного аппарата, жаберных тычинок, кишечника рыб и т. п.

Приведенная классификация ни в какой мере не исчерпывает всего разнообразия приспособлений гидробионтов к условиям жизни. Мы лишь наметили возможность разделения их на четыре типа и указали отдельные примеры таковых.

Действующие в воде факторы отличаются спецификой в отношении их качественной природы и количественного развития. Можно указать, например, на следующие особенности факторов водной среды:

1. Давление — возрастает на каждые 10 м глубины на 1 атмосферу (1 кг на 1 кв. см поверхности погруженного в воду тела), колеблясь в пределах: от 1 атмосферы на уровне поверхности моря до 1000 атмосфер и выше на глубинах океана.

2. Свет — с глубиной уменьшается и изменяется качественно; «по мере углубления в воду мы имеем все более густые сумерки — сначала зеленого, а ниже голубого, синего и синевато-фиолтевого цвета, которые в области абиссали сменяются уже вечным мраком, совершенно недоступным солнечным лучам».

3. Температура — сосредоточена в положительной части спектра (от —2 до +50° и выше).

4. Активная реакция среды — колеблется в природных водах от кислой до щелочной.

5. Газовый режим — весьма разнообразен и подвержен сезонным изменениям (явление замора).

6. Солевой режим — позволяет резко разграничить две основных среды обитания: море и континентальные воды.

Хотя природные воды характеризуются значительным диапазоном солености (от незначительного избытка над 0 и до 347 г на 1 л воды) и разнообразием их качественного состава однако основная масса бассейнов по условиям жизни может быть разделена на два типа — морские и континентальные. Вся площадь мирового океана заполнена водой, средняя соленость которой равна 35‰ (32— 38‰. Соленость воды окраинных и внутренних морей в общем захватывает несколько более широкий диапазон. Качественный состав солей в воде мирового океана на всем его протяжении в общем совершенно одинаков.

Морская вода заключает в себе в определенном и постоянном отношении до 32 элементов, в том числе все основные органогенные элементы, из которых состоят живые тела, а именно: Н, С, N, О, Na, Mg, Р, S, Cl, К, Са, Fe.

Как указывает С. А. Зернов, соки тела морских беспозвоночных и морская вода сходны между собой не только по величине осмотического давления, но и по химическому составу. Внутренние жидкости иглокожих, моллюсков, кольчатых червей, гефирей и ракообразных содержат в среднем 32, 43‰ хлоридов (в переводе на NaCl), а морская вода, в которой они живут, в среднем — 33,13‰.

 

Можно сказать, что морские беспозвоночные животные, анатомически закрытые для окружающей их морской воды, осмотически для нее открыты. Поэтому при пересадке иглокожих, ракообразных и моллюсков в разбавленную морскую воду вес их тела увеличивается, а при пересадке в концентрированную, наоборот, уменьшается. В обоих случаях происходит выравнивание солености coков тела и морской воды путем передвижения воды через оболочки тела в сторону большей солености.

Известно, что при помещении растительной клетки (водоросли) в раствор с повышенным осмотическим давлением (гипертонический) протопласт клетки отходит от ее стенок и получает сначала зубчатую, а затем округленную сжатую форму (явление плазмолиза). При помещении клетки в гипотонический раствор происходит ее набухание — тургор. То же совершается и с животными клетками.

Но растительные и животные оболочки пропускают не только воду (как думали раньше, называя их «полупроницаемыми»), а также и соли.

Солевой состав воды континентальных водоемов неблагоприятен для жизни. Поэтому живущие здесь организмы представляются осмотически закрытыми и снабжены специальным аппаратом для регулирования внутреннего осмотического давления. Костистые рыбы и беспозвоночные всех континентальных водоемов имеют специфическое осмотическое давление: у пресноводных беспозвоночных и рыб оно выше окружающей среды, а у морских рыб, других позвоночных и у беспозвоночных соленых озер оно ниже окружающей среды.

Амфибии и все пресноводные беспозвоночные имеют полупроницаемые перепонки, и при большей солености соков их тела окружающая вода все время входит внутрь этих организмов, и они должны были бы раздуваться, если бы не беспрерывная работа почек и других выделительных органов, которые эту воду удаляют. Если лягушку несколько подсушить, заткнуть ей клоаку и посадить ее в пресную воду, не давая пить, то вся клоака и даже кишечный канал заполнится у нее (через кожу) почти чистой водой; с другой стороны, посаженная в морскую воду лягушка теряет более 20% своего веса путем своеобразного дренажа воды тела через кожу в окружающую среду, что сказывается, конечно, на ней крайне губительно. Этим можно объяснить, почему в море лягушки и другие амфибии совершенно отсутствуют.

В полном соответствии с необходимостью беспрерывного выделения воды из организма стоит мощное развитие выделительных органов у пресноводных беспозвоночных, у которых они развиты гораздо сильнее, чем у их ближайших морских сородичей. Слизь, покрывающая тело рыб, моллюсков и многих водных растений, несомненно представляет собой и осмотическую защиту. Не все группы морских беспозвоночных смогли выработать защитные приспособления для сохранения своего осмотического давления, чем и объясняется общая качественная бедность пресноводной фаун. (Зернов).

Соленость воды влияет на состав флоры и фауны, а также на численность особей отдельных видов. Солоноватые воды отличаются от морских и пресных тем, что их население характеризуется эвригалинностью. Как показал В. Л. Паули (1954), в солоноватых водах по мере падения солености уменьшается количество морских форм, специфические же солоноватоводные виды вырабатываются лишь при длительном существовании соответствующего режима и отсутствуют в молодых бассейнах. Точка минимума числа видов подразделяет солоноватые воды на две группы—с преобладанием морского и пресноводного населения.

Какие же из факторов водной среды имеют для гидробионтов определяющее значение?

Для водных организмов, — по В. И. Жадину (1050), — биологическую специфику следует искать в требованиях пещи и кислорода, проявляющихся различно в разных климатических условиях, при господствующих там условиях температуры и света. Пища дает возможность организмам достигать оптимального физиологического состояния и испытывать наследственные изменения, связанные с процессами обмена веществ. Пища же при соответствующих температурных и световых условиях доводит организм до возможности размножения.

Как в процессе питания, так особенно в процессе размножения, организм (кроме особой группы анаэробных организмов) испытывает большую потребность в кислороде. Часто эта потребность выражается в избегании организмом накопления в водоеме ила, так как с илонакоплением обычно связывается процесс поглощения кислорода.

В некоторых случаях у животных указанные главные потребности не могут быть удовлетворены в одном и том же местообитании. При достаточности и даже обилии пищи в одном местообитании (водоеме), кислородные, температурные и световые условия позволяют использовать эту пищу только в течение части года, когда вода достаточно насыщена растворенным кислородом, достаточно согрета и прозрачна. Когда же кислород начинает исчезать из воды, потребляясь на процессы дыхания организмов и поглощаясь при процессах окисления ила, взвешенных и растворенных веществ в водной толще (что происходит в сильно заиленных водоемах в течение всего года, а в менее заиленных — преимущественно зимой), тогда животные, не адаптированные в полной мере к условиям данного водоема и не имеющие приспособлений пассивного характера, должны покинуть этот водоем или погибнуть (или, в некоторых случаях, лишиться возможности размножения). В этом обстоятельстве следует искать объяснения возникновению миграций животных.

Из различных потребностей рыб в разные этапы их жизни возникла и двойная экологическая характеристика рыб: одна, относящаяся к вегетативной части жизни (связанной с кормлением и ростом), и другая — генеративная, относящаяся к периоду размножения. Так, о леще можно сказать, что он является вегетативно—речной рыбой, а генеративно—озерной.

Практическое следствие этой двойственной адаптации, как указывает В. И. Жадин, стихийно положено в основу многих рыбохозяйственных мероприятий. Все виды искусственного рыборазведения, карповое прудовое хозяйство, форелевое хозяйство основаны на том, что рыбам дается потребное количество пищи при оптимальных температурах и в нужные моменты (нерест, воспитание икры и мальков, зимовка) создаются необходимые условия кислорода и температуры. Достигается это перемещением рыб, их икры, мальков из одних условий среды в другие. Этот же принцип лежит в основе и раздельного от потребителей выращивания живого корма, когда выращиваемый кормовой объект имеет иные, чем его потребитель, требования к условиям среды.

Мы говорили о факторах водной среды, оказывающих влияние на животный и растительный мир водоемов. Среда всегда характеризуется определенным сочетанием, комплексом этих факторов, к которым идет приспособление жизненных форм. Это приспособление касается как выработки соответствующих функций и отвечающих им структур, так и закономерностей поведения и распределения организмов в водоемах.

Вода как среда жизни — как биотоп гидробиоса, в связи с конкретизацией действующих в ней факторов, может быть разбита на две резко отличных среды обитания — море и континентальные воды. Каждая из этих сред обитания, представляющая в целом биотопы морских организмов и обитателей континентальных водоемов, может быть подразделена на типы водоемов. Учение о типах водоемов — самостоятельный, но еще слабо разработанный участок гидробиологии. Океаны и моря, озера и реки могут быть разбиты на определенные типы, характеризующиеся качественными отличиями друг от друга. С другой стороны, внутри определенного типа, или ряда, водоемы могут быть между собой генетически связаны, представляя серию последовательно сменяющих друг друга стадий развития.

Мы предлагаем называть типами качественно отличные состояния (и группировки) водоемов (Иоганзен, 1951). Типами можно считать, например, следующие группы естественных континентальных водоемов:

I. Подземные и грунтовые воды.

II. Наземные текучие воды (ручьи, реки).

III. Пойменные водоемы (рукав — затон—старица).

IV. Озера.

V. Болота.

Человеком созданы особые типы водоемов: водохранилища, каналы, рисовые поля и др.

Каждый тип водоема характеризуется рядом специфических признаков, составляющих его особое качество как биотопа. Например, грунтовые воды отличаются мелкой струйчатостью, малыми скоростями, отсутствием свободной поверхности, своеобразным физико-химическим режимом и т. п.; наземные текучие воды—постоянным движением, размывом, переносом и отложением материала и т. д.; пойменные водоемы—периодическими соединениями с рекой, накоплением аллохтонных отложений и пр.; материковые озера — замкнутостью, характерной стратификацией гидрологических факторов, большим влиянием берегов на толщу воды; наконец, болота — исчезновением свободной поверхности воды, развитием сплошного растительного покрова и т. п. Соответственно этим свойствам биоценозы каждого типа водоемов существенно различаются между собой. Внутри типа можно различать стадии развития водоемов, которые свидетельствуют о существенных и закономерных изменениях биотопов. Например, пойменные водоемы образуют генетический ряд «рукав — затон— старица»; материковые озера проходят стадии олиготрофии, мезотрофии, эвтрофии; болота также характеризуются несколькими стадиями и т. л. Отличия между последовательными стадиями развития водоемов не столь значительны, как между типами, но тоже носят качественный характер.

Как видно из вышесказанного, классификация водных биотопов является делом весьма сложным. В пределах среды обитания нужно различать типы и стадии развития водоемов; кроме того, на конкретном водоеме, относящемся к определенному типу и стадии развития, отражается также его географическое положение (ландшафт) и некоторые другие факторы. В результате этого различных биотопов оказывается весьма много.

Водоемы разных типов существенно различаются по своей производительности — развитию в них бактериальной, растительной и животной жизни.

Продукция бактериальной биомассы водоема зависит от его типа, определяющего трофичность (кормность). По исследованиям М. В. Иванова (1955), внесение в водоем жесткой растительности «зеленых удобрений» увеличивает содержание питательных веществ в воде и сокращает время генерации в 2, 5—3 раза (с 18 до 6—8 часов). Время генерации зависит от трофичности водоема: в эвтрофных водоемах дельты Волги оно равно 14—35 час. (в большинстве случаев 14—15 час. ), в мезотрофном оз. Глубоком 80— 200 час., в олиготрофном оз. Байкале — свыше 200 час. В эвтрофном водоеме прирост бактериальной массы составляет 1 —1, 8 мг/л в сутки, в мезотрофном— 0, 1 мг/л и олиготрофном — 0, 03 мг/л. Ускорение размножения бактерий в воде не всегда ведет к увеличению их биомассы, так как обычно увеличивается количество выедающего бактерий зоопланктона.

В водоемах условия жизни резко отличаются по глубине, в связи с уменьшением освещенности и подвижности вод, понижением температуры, возрастанием давления и т. п. Исследователями предложено много схем вертикального расчленения морских и континентальных вод, отличия которых обусловлены конкретными особенностями отдельных участков гидросферы, служивших предметом исследования того или другого автора.

В целях унификации вертикального ресчленения морского дна Всесоюзный гидрологический съезд в 1928 г. принял пожелание, чтобы советские исследователи придерживались следующей единой схемы зон бентали:

1. Супралитораль — зона брызг, выше уровня максимального прилива.

2. Литораль — зона приливов и отливов.

3. Сублитораль — зона водорослей, от 0 до 200 м глубины.

4. Батиаль — зона свала с наклоном дна до 42°, от 200 до 1700 м глубины.

5. Абиссаль — зона ложа океана, простирающаяся до наибольших глубин.

Толща воды, или пелагиаль, подразделяется на свои зоны: эпипелагиаль (0—200 м), батипелагиаль (200—1700 м) и абиссальную пелагиаль.

Отдельные вертикальные зоны дна могут разделяться дальше на ярусы и этажи. Существенные различия биотопов в пределах определенных вертикальных зон зависят прежде всего от грунта. В зависимости от размера частиц различают: глыбы (размер зерна более 1000 мм), валуны (100—1000 мм), галечник (10—100 мм), гравий (1 —10 мм), песок (0, 1 — 1 мм), ил (0, 01—0, 1 мм) и глину (меньше 0, 01 мм).

В связи с многочленным подразделением водной среды на биотопы может быть дана также соответствующая им классификация крупных группировок биоценозов:

1. Гидробиос — все живое население водной среды.

2. Биом — совокупность биоценозов водоема.

3. Пелагос — население пелагиали:

а) Нейстон — обитатели поверхностной пленки воды.

б) Планктон — пассивные пловцы.

в) Нектон — активные пловцы.

4. Нентос — население бентали:

а) Эпибентос — поверхностные организмы.

б) Инбентос—находящихся внутри грунта организмы.

Каждая из этих группировок, как и промежуточных между ними, разделяется на ряд определенных биоценозов, характер которых зависит от конкретных особенностей водоема — его происхождения, местоположения и т. п.

 

 

 

Схема вертикального подразделения морского дна.

 

 

А. П. Скабичевский (1956) отстаивает определение планктона как биоценоза особого типа, компоненты которого необходимо связаны с толщей воды и ведут свободноплавающий, взвешенный образ жизни, независимый или лишь частично зависимый от твердого субстрата (Рылов, 1922), и возражает против включения в планктон организмов бентоса, попадающих в планктонную сеть. Сезонные изменения планктона в водоеме рассматриваются как смена биоценозов, а не как аспекты одного устойчивого биоценоза (Воронихин, 1950).

По этому поводу необходимо сказать, что, конечно, планктон и бентос представляют собой разные «классы» биоценозов, однако не исключается возможность присутствия организмов бентоса в планктоне, и наоборот. Когда А. П. Скабичевский говорит об организмах планктона, обладающих приспособлениями к парению, которых лишены представители бентоса, то понятие планктон фигурирует у него в смысле жизненной формы, но не биоценоза. В биоценозе же могут быть различные жизненные формы, а один вид может входить в состав разных биоценозов, в различном численном соотношении. Таким образом, в планктоне, как биоценозе; наряду с различными жизненными формами истинных планктеров могут быть на положении факультативно-планктонных жизненные формы других биотопов.

Что касается сезонных изменений планктона, то это именно сезонные аспекты одного биоценоза, который нужно рассматривать в годичном разрезе, а не как одно—два поколения. Нет оснований считать эти сезонные аспекты биоценоза за смену биоценозов, которая ежегодно повторяется с небольшими вариациями.

Таковы некоторые особенности развития жизни в воде.

Но вода не только среда жизни, т. е. внешняя среда, в которой живут микроорганизмы, растения и животные. Вода является также внутренней средой всех живых существ. «Вода входит в состав крови, лимфы и других соков тела как водных, так и наземных организмов; эти жидкости в их общей совокупности образуют то, что можно назвать внутренней средой организма». Внутренняя и внешняя среды разделены между собой наружными покровами бионтов, которые у большинства, как мы видели, проницаемы для воды в обе стороны.

Вода составляет существенную составную часть тела не только гидробионтов, но вообще всех живых существ. В среднем более половины веса тела каждого живого существа приходится на воду; среднее количество воды в живых растениях не менее 75'%; даже в теле человека воды содержится более 60%. Поскольку достаточное количество воды является непременным условием для осуществления всех химических функций протоплазмы, то количество воды в органах и тканях пропорционально наличию в них протоплазмы и энергии обмена их веществ; мало воды в жировой ткани, бедной протоплазмой, и в костной, несущей преимущественно физические функции. В жидкой ткани, как кровь, и в плотной, как сердечные мышцы, имеется одинаковое количество воды — 79%, в мозговой ткани — почти 78% и даже в костной — 50%. При такой роли воды понятно, что организм не может терять безнаказанно заключающуюся в нем воду, и действительно, наземные млекопитающие могут оставаться живыми, потеряв весь свой жир и до 50% белков, но умирают, лишившись всего 10% заключающейся в них воды.

В общем зародыши животных богаче водою, чем взрослые, а низшие животные богаче водою, чем высшие, но особенно много воды содержат гидробионты. Вода, конечно, столь же необходима для них, как и для обитателей других сред жизни, а ее добывание не может представлять особых затруднений. Поэтому количество воды в водорослях доходит до 98%, а в водных животных, особенно планктонных, как сальпы и ктенофоры, — до 99% (Зернов).

В связи со столь большой ролью воды в жизни организмов и особенно гидробионтов, у последних выработался ряд приспособлений против потери влаги т. е. против высыхания. Во временных водоемах, через короткое время пересыхающих, развиваются виды с укороченным жизненным циклом, например, дафния магна, которая дает свое первое потомство на 7—8 день жизни, а затем каждые три дня производит по 12—60 яиц (потомство одной дафнии: через месяц может дойти до 30 млн. особей). При высыхании водоема гидробионты сохраняют жизнь путем закапывания во влажный грунт, выделения слизи и закупорки всех отверстий, образования яиц или почек и г. п. Высшей формой подобного приспособления является анабиоз, т. е. состояние скрытой жизни, в котором могут находиться некоторые организмы (коловратки, круглые черви, тихоходки и др. ) под влиянием неблагоприятных условий влажности и температуры. С потерей части воды связаны также явления солевого и теплового анабиоза и способность некоторых организмов переносить временное замерзание. Это специальная область, представляющая особый физиологический интерес и имеющая большое практическое значение.

Гадробионты находятся в подлинном взаимодействии с водной средой: среда влияет на организмы, а организмы, в свою очередь, воздействуют на среду. Это взаимодействие происходит через различные факторы внешней среды. Рассмотрим его на примере солености.

Соленость, как фактор, обусловливает распространение организмов и их распределение в водоеме в соответствии с отношением особей к данному агенту внешнего мира. Далее, соленость определенным образом отражается на физиологии животных и растений, а следовательно, и на их морфологии. Для пресноводных организмов неблагоприятно повышение солености (например, в замкнутых озерах при колебаниях их уровня, как в Чанах, Балхаше и других), для морских — как значительное повышение, так и понижение солености.

Неблагоприятные воздействия солености ведут к ослаблению питания, уменьшению темпа роста, задержке полового созревания и т. п., что сопровождается образованием карликовых форм. Некоторые виды организмов образуют в воде разной солености соответствующие ей формы (разновидности), например: крупные в морях рыбы кумжа и корюшка дают в пресных водах мелких форель и снетка, солоноводный рачок артемия в пресной воде превращается в бранхипуса и т. д.

Рассматривая влияние внешних условий на организмы (не только солености, но также света, температуры, течений и всех других факторов), мы можем подчеркнуть общую закономерность: изменения организмов соответствуют (адэкватны) этим внешним воздействиям.

В процессе своей жизни организмы изменяют окружающую их среду. Так, по отношению к солености наблюдаются следующие изменения. Водные растения извлекают нужные им элементы непосредственно из окружающего их раствора, животные же частью непосредственно, в основной же массе посредственно — через растительную пищу.

«Химический анализ морских организмов приводит нас к выводу, что водные организмы не только способны вообще извлекать тем или иным путем нужные им элементы из морской воды, но и могут концентрировать в своем теле в значительных количествах такие элементы, которые находятся в воде в очень слабых растворах. Несомненно, что целый ряд элементов концентрируется в теле гидробионтов в гораздо большей степени, сравнительно с концентрацией их в морских и пресных водах. Благодаря такому извлечению солей организмами солевой состав воды совершенно меняется».

В водных организмах концентрация целого ряда элементов в десятки, сотни и даже тысячи раз превышает их концентрации в море. В связи с этим среди гидробионтов могут быть выделены концентраторы кремния, кальция, магния, железа и других элементов. Кремнием богаты диатомеи (до 19—20% сырого веса), радиолярии, кремневые губки (до 88%), хвощи, зостера и др., тогда как в морской воде содержится SiО₂ всего 0, 0002 т/л. Концентраторами кальция являются известковые водоросли, корненожки, кораллы (до 53% СаО), моллюски, иглокожие и др. Железо концентрируют железобактерии (более 20%) и некоторые водоросли. Натрием богаты фукусы и ламинария. Медь найдена в крови ракообразных и устриц. Иодом богаты губки, роговые кораллы и водоросли (до 1 %).

Это только некоторые примеры. Гидробионты извлекают из воды самые различные элементы. Концентрация их в теле организмов происходит в результате того, что соли, поступая в клетки организма, соединяются там с органическими веществами и переходят при этом в коллоидную форму, при которой выйти из клетки в окружающую среду они уже не могут. В особенно больших количествах накапливаются в организме те соли, которые служат для его питания, построения скелета и пр.

Рассматривая влияние водных организмов на среду жизни, мы можем подчеркнуть характерную закономерность: организмы извлекают в процессе жизнедеятельности элементы внешней среды избирательно и потому их влияние на среду является специфическим, характерным для видовой природы.

С. А. Зернов справедливо указывает, что без морских организмов соотношение солей в растворе морской воды и степень солености моря были бы совершенно другими. То же касается, конечно, и всех континентальных вод.

Сопоставление солевого состава внутренней и внешней среды может привести к некоторым интересным выводам. Как мы уже отмечали выше, соки тела морских беспозвоночных и морская среда сходны между собой не только по величине осмотического давления, но и по химическому составу.

Если мы возьмем процентное отношение Са, К и Mg к Na в морской воде и соках некоторых животных, то получим следующие цифры:

Жидкость	Na	Са	К	Mg
Морская вода	100	3, 84	3, 66	11. 99
Соки медузы	100	4, 13	5, 18	11,43
Кровь омара	100	8, 03	7, 12	2, 88
Серум крови собаки	100	2, 52	6, 86	0, 81
Раствор Рингера	100	3, 34	5, 86	—

Отсюда видно общее сходство процентных отношений Са, К и Mg в морской воде и соках тела ряда организмов, а также в физиологическом растворе Рингера, который служит для поддержания работы изолированного сердца лягушки.

Когда возникла первая протоплазма, она обособилась от морской воды, но основные элементы солевого состава морской воды — Са, К, Mg, Na — продолжают играть в жизни плазмы существенную роль. Развитие живого сопровождалось усложнением химического состава и дифференцировкой частей, поэтому состав мышц какого-нибудь наземного позвоночного имеет уже мало отношения к составу морской воды.

Но иную картину мы имеем в отношении крови и соков тела животных. «Первичные организмы несомненно походили на бластулы, гаструлы и трохофорные личинки современных морских животных. Полость тела первых морских организмов заключала в себе целомическую жидкость, которая в основе была не чем иным, как морской водой, окружающей эти первые организмы. Эта первичная полостная жидкость так и сохранилась в мало измененном составе в виде жидкостей тела (крови и др. ) вплоть до самых высших представителей животного мира, как водных, так и наземных».

Внутренние жидкости животных представляют собой как бы взятую внутрь часть внешнего (водного) мира.

Внешние условия, как говорит Т. Д. Лысенко, будучи включены, ассимилированы живым телом, становятся уже не внешними условиями, а внутренними, то есть они становятся частицами живого тела, и для своего роста и развития уже требуют той пищи, тех условий внешней среды, какими в прошлом они сами были. Живое тело состоит как бы из отдельных элементов внешней среды, превратившихся в элементы живого тела.

Но вместе с развитием жизни на Земле изменялась и среда, в частности, солевой состав воды моря. Реки ежегодно вносят с суши в моря значительные количества солей, организмы в свою очередь извлекают отдельные элементы из морской воды для построения своего тела. В результате этого в природе происходит довольно сложный круговорот элементов.

Однако судьба рассматриваемых 4 элементов — Са, К, Na и Mg — различна. Благодаря наличию в море концентраторов кальция, а на суше поглощению калия растениями и образованию в море нерастворимых калиевых соединений, количество Са и К в море остается практически постоянным: сколько их приносится в океан реками, столько же отлагается на дне океана (в виде скелетных образований, ведущих к возникновению известняка и т. п. ).

Иное дело с натрием и магнием. Нет организмов, которые отлагали бы в себе большие количества этих элементов, и нет нерастворимых минералов, которые заключали бы в себе большое количество натрия. Поэтому количество Na и Mg в морской воде с течением времени все увеличивается.

Различия в концентрации магния в жидкостях тела различных животных С. А. Зернов объясняет временем их возникновения. Предки наземных позвоночных оставили мировой океан в ту эпоху, когда количество магниевых солей в океане было сравнительно незначительным, и часть этого океана с пониженным содержанием магния они и «унесли» с собой на сушу в виде соков своего тела. Оставшиеся в океане организмы, как медузы и другие, продолжали приспособляться к увеличивающемуся в море количеству магния, которое в настоящее время и дошло у них до 11 частей Mg на 100 частей Na.

В результате жизнедеятельности организмов в водной среде создается определенная биологическая продукция. Kaк указывает

В. Р. Вильямс, «причина плодородия океана есть обитание его живыми организмами, т. е. качественно та же, что и причина плодородия почвы».

В качестве примера назовем показатели продукции различных групп организмов в Баренцевом море.

Добывание пищи фильтрацией является одной из особенностей трофики водных животных и в других средах не имеет места. Этот способ питания распространен среди всех групп животного населения водоемов, как среди планктонных животных, так и среди обитателей дна. Весьма велик также размах использования фильтраторами пищевых продуктов гидросферы. В трофический спектр этой группировки входят представители самых разнообразных групп водного населения, а также выделения организмов и остатки их тел в разных фазах распада, до коллоидов включительно. Установление у животных чрезвычайно тонких фильтрующих органов содействовало возникновению представлений о безвыборности питания у фильтраторов. Однако, как экспериментально установила Н. С. Гаевская (1949), ветвистоусым ракообразным свойственно избирательное отношение к пищевым качествам взвеси. Анализ литературных данных позволяет прийти к выводу, что избирательное, а не пассивное, отношение к пищевым качествам Фильтруемого материала в той или иной степени присуще всем фильтраторам.

 

Используемая литература: Основы Экологии: Учеб. лит-ра./Б. Г. Иоганзен
Под. ред.: А. В. Коваленок,-
Т.: Типография № 1,-58 г.

 

Скачать реферат: Voda-kak-sreda-zhizni.rar

Пароль на архив: privetstudent.com