1. Гидробиология наука о жизни организмов в воде
 Скачать 247.92 Kb.
|
|
16. Реки обладают общей для них особенностью - водная масса в них перемещается от истока к устью за счет уклона русла в сторону моря. Реки текут за счет силы тяжести Земли или гравитационного притяжения. Течение реки идет по руслу - или углублению в суше. Русло может быть пойменное и коренное. Различаются они тем, что по пойменному руслу река течет при самом большом уровне воды, например во время паводка, в то время как по коренному руслу река течет даже в самое сухое время года с наименьшим уровнем воды. От истока к устью река делится на верхнее, нижнее в среднее течение. Верхнее течение наиболее бурное, среднее становится спокойным и многоводным за счет притоков, и самое медленное нижнее течение. Вода постоянно размывает ложе, а за счет сил Кариолиса правый берег подмывается и становится крутым, в то время как левый намывается и становится пологим. Газовый режим рек тоже различен в зимнее и летнее время. Особенно ухудшается газовый режим подо льдом в зимнее время. Большинство организмов живет в толще воды и на дне. Численность бактерий в речной воде резко колеблется в зависимости от сезонных изменений. Наибольшее количество микроорганизмов в воде содержится во время паводка. По течению реки ниже населенных пунктов количество бактерий возрастает. Из водорослей в реках больше всего диатомовых, зеленых и сине-зеленых. Среди животных в реках преобладают коловратки, ветвистоусые и веслоногие рачки, личинки хирономид и моллюски. Среди плавающих животных можно встретить рыб, амфибий, пресмыкающих и млекопитающих. Озера представляют собой углубления в форме котловин, заполненных водой. Они могут быть образованы как в земной коре, так и во льдах. Котловину озера делят на мелководную литораль, или прибрежное мелководье, сублитораль или свал, и дно, идущее под большим уклоном. Сублитораль эта та область, куда заходит растительность. Вся остальная часть дна называется профундалью. Профундаль можно найти только у очень глубоких озер. Пресноводные озера по биологической населенности разделяются на эвтрофные, мезотрофные, олиготрофные и дистрофные (трофор - пища). Эвтрофные озера (высококормные) неглубокие (до 15 метров), вода в них содержит много минеральных солей. В ней обильно развиваются зеленые, сине-зеленые водоросли. Однако зимой в таких озерах не хватает кислорода и получается замор. Мезотрофные озера, часто расположены на кристаллических породах. Они глубже 25 метров. Вода в них редко цветет, и заморов нет. Олиготрофные озера, как обычно тектонического происхождения расположены на кристаллических породах. Глубина их свыше 30 метров. В них самая чистая вода по сравнению с другими озерами. Примером может служить озеро Байкал. Дистрофные озера как обычно неглубоки, заболочены и в них образуется торф, который изолирует воду от грунта и тем самым исключает попадание биогенов в воду. В таком озере много микроскопических животных и растений и чаще всего нет рыб. Из водорослей больше всего одноклеточных: диатомовые, зеленые и сине-зеленые. Зимой, весной и осенью в озерах развиваются в основном диатомовые водоросли, зато летом наибольшего развития достигают зеленые водоросли. В толще воды озер можно встретить коловраток, ветвистоусых и веслоногих рачков. В теплое время года в озерах развиваются различные насекомые, появляется множество рыб. На берегах и мелководье в озерах расположены высшие растения: камыш, тростник, стрелолист, рогоз и многие другие земноводные растения, такие как кувшинки; кубышки, рдесты и водяной лютик. На большой глубине, иногда достигающей 40-50 метров можно встретить многоклеточные водоросли и мхи. На дне озера живет много личинок насекомых: поденки, хирономиды, ручейники и веснянки. Помимо их можно встретить моллюсков, гидр, губок, пиявок и других червей. В озерах обитает большое количество видов рыб, а в таких озерах как Байкал и Ладожское встречается несколько видов тюленей. К искусственным водоемам относятся водохранилища, пруды, судоходные и оросительные каналы, а также многочисленные бассейны, отстойники и различные ирригационные сооружения. Водохранилища создаются для использования гидроэнергии, для судоходных систем и для мелиоративных целей. Обычно для, создания водохранилища ставится плотина на реке, и разлившиеся воды заливают часть суши. В водохранилищах часто размываются берега из-за мелководья и появления больших волн от ветра. Учитывая то, что водохранилище несет на себе признаки как речного, так и озерного типа, флора и фауна их тоже занимает промежуточное положение. Планктон состоит в основном из бактерий, диатомовых, зеленых и сине-зеленых водорослей. Поскольку берега у водохранилищ разрушаются больше чем у озер, то за счет выщелачивания биогенов размножаются в большом количестве сине-зеленые водоросли и вода зацветает. Фауна водохранилищ представлена коловратками, ветвистоусыми и веслоногими рачками, а также моллюсками. На берегу растет много камышей, осок, рогоза, урути, кувшинок и кубышек. На дне водохранилища живут хирономиды, моллюски, рачки-бокоплавы. Встречаются черви: олигохеты и пиявки. В водохранилищах хорошо приживаются различные виды пресноводных рыб и особенно травоядные. Пруды значительно меньше водохранилищ и служат для рыборазведения, полива и водоснабжения. Помимо этого, есть биологические очистительные пруды, в которых идет очистка промышленных и бытовых сточных вод за счет существующей в этих прудах флоры и фауны. Пруды бывают плотинные, когда ставится плотина на реке или в овраге, помимо этого могут быть копанным. Питание прудов водой идет либо за счет атмосферных осадков, либо за счет ручьев, рек или же грунтовых вод. Вода прудов содержит множество бактерий, до нескольких десятков миллионов в 1 мл. В толще прудовой воды живут одноклеточные зеленые и диатомовые водоросли. Из животных в воде можно встретить инфузорий, коловраток и низших рачков. Прибрежная зона прудов сходна с водохранилищами, но в ней больше червей трубочников, жуков и брюхоногих моллюсков. В пруды из рек могут попадать карась, сазан, карп и линь. Но чаще всего в прудах разводят карпов, толстолобов, амуров и щуку. На рыбозаводах имеются специальные пруды для разведения молоди осетров, севрюги и других ценных рыб. Для рыбоводства можно с успехом использовать и биологические очистные пруды. 17. Адаптация организмов к условиям в пелагиали и бентали водоемов. 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. 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). 18. Планктон и нектон. Экологические группы гидробионтов. В водной среде обитания выделяют 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. · Плейстон – организмы, часть которых расположена над поверхностью, а часть в воде. Например, ряска. · Бентос – совокупность организмов, обитающих на дне водоема, в грунте: фитобентос, зообентос. Планктон представляет собой мельчайшие морские организмы. «Планктос» — в переводе с греческого «блуждающий». Существа, составляющие планктон, находятся в воде во взвешенном состоянии, как бы парят. Они, что называется, плывут по воле волн. В свою очередь, планктон делится на животный — зоопланктон и растительный — фитопланктон. А некоторые из представителей планктона обнаруживают признаки как животного, так и растительного мира. Например, одноклеточные динофлагелляты. Они имеют хлорофилл, и, стало быть, их можно причислить к растениям. Но они способны пожирать себе подобных, — значит, они — животные. «Нектон» — в переводе с греческого «плавающий». Он объединяет все организмы, способные самостоятельно плавать, передвигаться. Это рыбы, киты, дельфины, головоногие — подавляющая часть обитателей Мирового океана. организмы от 1 до 100 сантиметров - макропланктоном, от 1 до 10 мм - мезопланктоном, от 0,05 до 1 мм - микропланктоном и мельче 0,05 мм - наннопланктоном. От морской и пресной воды специальной планктонной сеткой можно отфильтровать планктонные организмы, рачков, эмбрионов различных беспозвоночных животных и других представителей. Мезопланктон состоит из маленьких медузок, мелких червей и других организмов, которых уже можно различить невооруженным глазом. Макропланктон это уже большие сцифоидные медузы, гребневики и сифонофоры. Многие планктонные организмы проводят всю жизнь в толще воды, другие пребывают в планктонном состоянии только на личиночных стадиях. Есть у планктонных организмов и органы движения, но они помогают им только парить в толще воды, но с помощью этих органов движения нельзя совершать миграции на большие расстояния и противостоять более или менее значительным течениям воды. Нектон отличается от планктона тем, что его представители совершают значительные передвижения, а не просто парят в воде. Нектонные организмы в противоположность планктонным приобрели ряд приспособлений, позволяющих им двигаться, плыть, скользить по воде, а иногда даже летать по воздуху на десятки метров (летучие рыбы, кальмары). Чаще всего движение в воде осуществляется за счет изгибания тела. Три группы животных изгибают свое тело в вертикальной плоскости - китообразные, пиявки и немертины. Остальные изгибают свое тело в горизонтальной плоскости (личинки насекомых, змеи и рыбы). Представители нектона взяли на вооружение силу реактивной струи. Личинки насекомых, таких как стрекоза, втягивают и выбрасывают воду из задней кишки, а у головоногих моллюсков для этой цели есть специальное приспособление, застегивающееся на хрящевые кнопки. Это мешок, из которого вода силой мышц выбрасывается в специальную воронку. У многих нектонных организмов для уменьшения сопротивления воды выработалась обтекаемая форма, при которой наблюдается наименьшее сопротивление. А китообразные приспособились гасить вихревые потоки специальными структурами кожи, другие, как рыбы я миксины или же черви-немертины, покрывают свое тело слизью, которая играет роль смазки и уменьшает сопротивление воды. Раньше уже говорилось, что нектонные организмы приобрели способность не только плавать, но и прыгать. Так, рыба периофтальмус, ударяя по поверхности воды плавниками и хвостом, перепрыгивают небольшую речку от берега до берега. Совершают прыжки киты и дельфины. Кит-горбач своим прыжком оглушает рыбу, которой он затем питается. 19. Приспособление планктонных организмов к условиям обитания. Приспообления планктонных организмов к жизни в толще воды: - увеличение доли воды в теле, иногда до 97% (медузы,гребневики) - образуют толстую оболочку из слизи, облегчая вес -удаление из организма тяжелых ионов, например SO4, и накопление легких ионов (наример. NH4) - накопление в цитоплазме веществ, которые облегчают вес (например, жир) -образование в цитоплазме газовых включений, у многих с возможностью регуляции их наполнения - уменьшение или полная утрата скелета -образование выростов, увеличивающих плавучесть организма Для планктонных существ крайне важно выработать строение, которое облегчало бы свободное парение в воде и препятствовало бы погружению на дно водоема. Это для них вопрос жизни или смерти; утрачивая способность поддерживать себя во взвешенном в воде состоянии, планктонный организм неминуемо погибает. Как и всякое физическое тело, планктонный организм подчинен основным законам плавания. Мы знаем, что, по физическим законам, находящееся в водетело может плавать только в том случае, если его вес равен или менее веса вытесняемого им объема воды. При равенстве этих весов тело остается взвешенным в любом слое воды, а при меньшем, чем вода, весе, оно всплывает на поверхность. Чем больше „остаточный вес", т. - е. разница между весом тела и равного ему объема воды, тем быстрее происходит его погружение. Скорость погружения зависит также от „относительной" или „удельной" поверхности тела, под которой понимается отношение абсолютной величины его поверхности к его объему. Дело в том, что при погружении тела между ним и частицами воды происходит трение, замедляющее скорость погружения. Сопротивление погружению, определяемое относительной поверхностью тела и величиной этою угла принято называть сопротивлением формы. Скорость погружения тела зависит также и от свойств жидкости, в которой оно происходит. В крепком растворе обыкновенной соли (хлористого натрия, NaCl) тело погружается вдвое медленнее, чем в чистой воде. Это объяснится тем что с повышением в воде содержания солей увеличивается ее вязкость или, как говорят, ее„внутреннее трение".На вязкость, влияет и температура воды, — при +25° С, вязкость почти вдвое меньше, чем при 0°, когда она вообще наибольшая. Отсюда ясно, что в теплой и мало соленой воде одно и то же тело тонет скорее, нежели в холодной и богатой растворенными солями. 20. Плавучесть, снижение остаточного веса, движение, миграция гидробионтов. Приспособления планктонных и нектонных организмов к пелагическому образу жизни сводятся прежде всего к обеспечению плавучести, т.е. предотвращению или замедлению погружения под действием силы тяжести. Это может быть достигнуто за счет повышения трения о воду. Чем меньше тело, тем больше его удельная поверхность и больше трение. Поэтому наиболее характерная черта планктонных организмов – малые и микроскопические размеры. Увеличение удельной поверхности может достигаться также при уплощении тела, образовании всевозможных выростов, шипов и других придатков. С ухудшением условий плавучести (повышение температуры, понижение солености) часто наблюдается и изменение формы тела планктонных организмов. Например, в Индийском океане жгутиковые Ceratium recticulatum и C.palmatum имеют гораздо более длинные разветвленные придатки, чем в расположенной восточнее Атлантики, где вода холоднее. В какой-то мере с сезонными колебаниями температуры, сопровождающимися изменением плотности и вязкости воды, связан и цикломорфоз рачков, коловраток и других организмов – при потеплении образуются поколения с менее компактной формой тела, а с похолоданием наблюдается обратная картина. Второй путь увеличения плавучести – уменьшение остаточной массы, т.е. разницы между массой организма и вытесненной им воды. Это может достигаться за счет повышения содержания воды в теле – ее количество у некоторых сальп, гребневиков, медуз достигает 99%, благодаря чему их способность к пассивному передвижению становится практически безграничной. У плавающих организмов происходит редукция тяжелых скелетных образований, например, у пелагических моллюсков (головоногих, крылоногих, киленогих2 ) – раковины. У пелагических корненожек раковинка более пористая, чем у бентосных. Планктонные диатомовые водоросли отличаются от придонных более тонкими и слабее окремненными оболочками. У многих радиолярий кремниевые иглы становятся полыми. У многих плавающих черепах заметно редуцируются кости панциря. Широко распространенный способ снижения плотности у гидробионтов – накопление жира. Богаты им радиолярии Spumellaria, ветвистоусые и веслоногие рачки. Жировые капли имеются в пелагической икре ряда рыб. Жир вместо тяжелого крахмала в качестве запасного питательного вещества накапливается у планктонных, диатомовых и зеленых водорослей. У некоторых, рыб, таких как гигантская акула (Cetorhinus maximus), луна-рыба (Mola mola), в теле так много жира, что они почти без всяких активных движений могут держаться у поверхности воды, где питаются планктоном. Эффективное средство повышения плавучести – газовые включения в цитоплазме или специальные воздушные полости. Газовые вакуоли есть у многих планктонных водорослей. У бурых водорослей рода Sargassum накопление газовых пузырей на талломах превратило их из донных в гипонейстонные (приповерхностные) формы. Газовый пузырек в своей цитоплазме имеют раковинные амебы, воздухоносные камеры есть в подошве плавающих вниз щупальцами медуз. Плавательный пузырь, наполненный газом, свойствен многим рыбам (но у глубоководных форм, в условиях больших давлений, плавательный пузырь часто заполняется липидами). Наибольшего развития воздухоносные полости достигают у ряда сифонофор, благодаря чему их тело становится даже легче воды и сильно выступает из нее. Другой ряд адаптаций пелагических организмов связан с характером их передвижения. Такой вид активного плавания осуществляется с помощью жгутиков, ресничек, изгибания тела, гребли конечностями и реактивным способом. Передвижение с помощью ресничек и жгутиков эффективно только при небольших размерах (0,05–0,2 мм) и потому наблюдается лишь у микроскопических организмов. Движение путем изгибания тела характерно для более крупных обитателей пелагиали. В одних случаях (пиявки, немертины) изгибания совершаются в вертикальной плоскости, в других – в горизонтальной (личинки насекомых, рыбы, змеи), в третьих – винтообразно (некоторые полихеты). Наибольшие скорости движения достигаются изгибанием заднего отдела тела в горизонтальной плоскости. Например, меч-рыба (Xiphias gladius) способна развивать скорость до 130 км/ч. Весьма эффективно плавание реактивным способом. Для обеспечения быстроты движения у гидробионтов вырабатывается обтекаемая форма тела; высокой скорости движения способствуют выделение слизи, снижающее трение (рыбы, головоногие моллюски), и специфическое строение кожных покровов – сопротивление воды телу движущегося дельфина в несколько раз меньше, чем равновеликой модели такой же формы. Тело плавающих животных, имеющих отрицательную плавучесть, как правило, более выпукло сверху, а у организмов с положительной плавучестью – снизу. В результате во время движения действует, дополнительная подъемная или соответственно заглубляющая сила, благодаря чему активно передвигающиеся животные почти не тратят энергии на поддержание своего положения в толще воды. Активное передвижение в воде может также осуществляться за счет прыжков. К таким движениям способны многие коловратки, ракообразные, личинки насекомых, рыбы, млекопитающие. Во время прыжка скорость движения во много раз выше, чем при плавании. Например, коловратка Scaridium eudactylotum плавает со скоростью 0,25 мм/с, а совершая прыжок, достигает 6 мм/с. Многим представителям планктона и нектона свойственны миграции – массовые перемещения, регулярно повторяющиеся во времени и пространстве. Такие перемещения могут совершаться и в горизонтальном, и в вертикальном направлениях – в те участки ареала, где в данное время условия наиболее благоприятны. Массовые активные перемещения в горизонтальном направлении совершают, главным образом, представители нектона, особенно рыбы и млекопитающие. Миграции, направленные из открытого моря к его берегам и в реки, называются анадромными, а имеющие противоположное направление – катадромными. Горизонтальные миграции нектонных организмов могут достигать очень большой протяженности. Креветка Penaeus plebejus преодолевает расстояние до 1 тыс. км и более. Тихоокеанские лососи рода Oncorhynchus – нерка, чавыча, горбуша, кета и другие, идущие на нерест из океана в реки, проплывают 3–4 тыс. км. Путь в 7–8 тыс. км преодолевают взрослые угри, идущие на нерест из рек Европы в Саргассово море. Грандиозны миграции тунцов, некоторых китообразных. Покрывая огромные расстояния во время миграций, животные обнаруживают поразительные навигационные способности. Например, тихоокеанские лососи неизменно идут на нерест в реки, в которых появились на свет. Планктонные организмы могут мигрировать и пассивным путем, используя, например, течения – как те же личинки угрей. Многим водным организмам свойственны суточные вертикальные миграции. Размах их в морях обычно составляет 50–200 м и более, а в пресных водоемах с малопрозрачной водой может не превышать несколько десятков сантиметров. Особенно сложна картина суточных миграций у представителей зоопланктона, большинство которых в темное время суток концентрируется у поверхности, а днем – в более глубоких слоях. Своеобразны миграции глубоководного планктона, поднимающего на глубины 200–300 м ночью и опускающегося днем на многие сотни метров (иногда – наоборот). Экологическое значение таких миграций разнообразно и во многих случаях еще не ясно. Помимо суточных, вертикальные миграции гидробионтов могут носить сезонный характер или быть связанными с изменением образа жизни в ходе индивидуального развития. |