Водная среда жизни. Адаптации организмов к водной среде

Общая характеристика.

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 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. Пресная вода обладает максимальной плотностью при 4оС. 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;
  • · 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 100оС.

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;

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. 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 кмч.
  • · 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. воду и минеральные вещества растение поглощает всей поверхностью тела.
  • · 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).
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Загрузить   След >