Вода як середовище існування
У процесі історичного розвитку живі організми освоїли чотири середовища проживання. Перша – вода. У воді життя зародилося і розвивалася багато мільйонів років. Друга – наземно-повітряна – на суші і в атмосфері виникли і бурхливо адаптувалися до нових умов рослини і тварини. Поступово перетворюючи верхній шар суші – літосфери, вони створили третю середовище проживання – грунт, а самі стали четвертою середовищем проживання.
Вода покриває 71% площі земної кулі і становить 1/800 частину обсягу суші. Основна маса води зосереджена в морях і океанах – 94-98%, в полярних льодах міститься близько 1,2% води і зовсім мала частка – менше 0,5%, у прісних водах річок, озер і боліт. Співвідношення ці постійні, хоча в природі, не перестаючи, йде кругообіг води.
У водному середовищі живе близько 150 000 видів тварин і
10000 рослин, що становить відповідно всього 7 і 8% від загального числа видів Землі. У Світовому океані, як у горах, виражена вертикальна зональність. Особливо сильно розрізняються з екології пелагіаль – вся товща води, і бенталь – дно.
Особливо чітко зональність проявляється в озерах помірних широт (рис. 2.1). У водній масі як середовищі існування організмів по вертикалі може бути виділено 3 шари: епілімніон, металімніон і гіполімніон. Води поверхневого шару – епілімніон влітку прогріваються і перемішуються під впливом вітру і конвекційних струмів. Восени поверхневі води, охолоджуючись і стаючи більш щільними, починають занурюватися, і температурна різниця шарів вирівнюється. При подальшому охолодженні води епілімніон стають холоднішими вод гіполімніона. Навесні відбувається зворотний процес, що закінчується періодом річного застою. Дно озер (бенталь) підрозділяється на 2 зони: більш глибоководну – профундаль, приблизно відповідну частини ложа, заповненої водами гіполімніона, і прибережну зону – літораль, зазвичай простирається вглиб до межі зростання макрофитов. За поперечному профілю річки розрізняють прибережну зону – ріпаль і відкриту – медіаль. У відкритій зоні швидкості течії вище, населення кількісно бідніше, ніж в прибережній.
Екологічні групи гідробіонтів. Найбільшою різноманітністю життя відрізняються теплі моря й океани (40000 видів тварин) в області екватора і тропіках, на північ і південь відбувається збіднення флори і фауни морів в сотні разів. Що стосується розподілу організмів безпосередньо в море, то основна маса їх зосереджена в поверхневих шарах (епіпелагіаль) і в субліторальній зоні. Залежно від способу пересування та перебування в певних верствах, морські мешканці підрозділяються на три екологічні групи: нектон, планктон і бентос.
Нектон (nektos – плаваючий) – активно пересуваються великі тварини, здатні долати великі відстані та сильні течії: риби, кальмари, ластоногі, кити. У прісних водоймах до нектону відносяться і земноводні і безліч комах.
Планктон (planktos – блукаючий, що ширяє) – сукупність рослин (фітопланктон: діатомові, зелені і синьо-зелені (тільки прісні водойми) водорості, рослинні жгутіконосци, перидинеї і ін.) І дрібних тварин організмів (зоопланктон: дрібні ракоподібні, з більших – крилоногі молюски, медузи, гребневики, деякі черв’яки), що мешкають на різній глибині, але не здатних до активних пересувань і до протистояння течіям. До складу планктону входять і личинки тварин, утворюючи особливу групу – нейстон. Це пасивно плаваюче “тимчасове” населення самого верхнього шару води, представлене різними тваринами (десятиногие, вусоногі і весільного ракоподібні, голкошкірі, поліхети, риби, молюски та ін.) В личинкової стадії. Личинки, дорослішаючи, переходять в нижні шари пелагелі. Вище нейстон розташовується плейстон – це організми, у яких верхня частина тіла зростає над водою, а нижня – у воді (ряска, кубушки, латаття та ін.). Планктон відіграє важливу роль у трофічних зв’язках біосфери, тому є їжею для багатьох водних мешканців, у тому числі основним кормом для вусатих китів.
Бентос (benthos – глибина) – гідробіонти дна. Представлений в основному прикріпленими або повільно пересуваються тваринами (зообентос: форамінефори, риби, губки, кишковопорожнинні, черви, плеченогие молюски, асцидії, та ін.), Більш численними на мілководді. На мілководді в бентос входять і рослини (фітобентос: діатомові, зелені, бурі, червоні водорості, бактерії). На глибині, де немає світла, фітобентос відсутня. У узбереж зустрічаються квіткові рослини зостера, рупія. Найбільш багаті фітобентос кам’янисті ділянки дна.
В озерах зообентос менш поживний та різноманітний, ніж в море. Його утворюють найпростіші (інфузорії, дафнії), п’явки, молюски, личинки комах та ін. Фітобентос озер утворений вільно плаваючими діатомеямі, зеленими і синьо-зеленими водоростями; бурі і червоні водорості відсутні.
Укоріняються прибережні рослини в озерах утворюють чітко виражені пояса, видовий склад і вигляд яких узгоджуються з умовами середовища в прикордонній зоні “суходіл-вода”. У воді біля самого берега ростуть гідрофіти – напівзанурені у воду рослини (стрілолист, образки, очерети, рогіз, осоки, Трищетинник, очерет). Вони змінюються гідатофітамі – рослинами, зануреними у воду, але з плаваючим листям (лотос, ряски, кубушки, чилім, Такла) і – далі – повністю зануреними (рдести, елодея, хара). До гідатофітам відносяться і плаваючі на поверхні рослини (ряска).
Висока щільність водного середовища визначає особливий склад і характер зміни життєзабезпечуючих факторів. Одні з них ті ж, що і на суші – тепло, світло, інші специфічні: тиск води (з глибиною збільшується на 1 атм. На кожні 10 м), вміст кисню, склад солей, кислотність. Завдяки високій щільності середовища, значення тепла і світла з градієнтом висоти змінюються набагато швидше, ніж на суші.
Тепловий режим. Для водного середовища характерний менший прихід тепла, т. к. значна частина його відбивається, і не менш значна частина витрачається на випаровування. Узгоджуючи з динамікою наземних температур, температура води має меншими коливаннями добових і сезонних температур. Більше того, водойми істотно вирівнюють хід температур в атмосфері прибережних районів. При відсутності льодового панцира моря в холодну пору року надають отепляющее дію на прилеглі території суші, влітку – охолоджує і зволожуючу.
Діапазон значень температури води в Світовому океані становить 38 ° (від -2 до + 36 ° С), у прісних водоймах – 26 ° (від -0,9 до + 25 ° С). З глибиною температура води різко падає. До 50 м спостерігаються добові коливання температури, до 400 – сезонні, глибше вона стає постійною, опускаючись до + 1-3 ° С (у Заполяр’ї близька до 0 ° С). Оскільки температурний режим у водоймах порівняно стабільний, їх мешканцям властива стенотермні. Незначні коливання температури в ту чи іншу сторону супроводжується суттєвими змінами у водних екосистемах.
Приклади: “біологічний вибух” в дельті Волги через пониження рівня Каспійського моря – розростання заростей лотоса (Nelumba kaspium), у південному Примор’я – заростання білокрильника стариць річок (Комарівка, мулистих і ін.) По берегах яких вирубана і спалена деревна рослинність. Для Білорусі можна привести випадки розростання у водоймах таких невластивих для нашої природної зони гідробіонтів як водяна сосонка і водний гіацинт в деяких водоймах Полісся.
У зв’язку з різним ступенем прогрівання верхніх і нижніх шарів протягом року, приливами і відливами, течіями, штормами відбувається постійне перемішування водних шарів. Роль перемішування води для водних мешканців (гідробіонтів) виключно велика, тому при цьому вирівнюється розподіл кисню і поживних речовин усередині водойм, забезпечуючи обмінні процеси між організмами і середовищем.
У стоячих водоймах (озерах) помірних широт навесні і восени має місце вертикальне перемішування, і в ці сезони температура у всьому водоймі стає однорідною, тобто настає гомотермія. Влітку і взимку в результаті різкого посилення прогрівання або охолодження верхніх шарів перемішування води припиняється. Це явище називається температурної дихотомією, а період тимчасового застою – стагнацією (літній чи зимовій). Влітку більш легкі теплі шари залишаються на поверхні, розташовуючись над важкими холодними. Взимку, навпаки, в придонному шарі більш тепла вода, так як безпосередньо під льодом температура поверхневих вод менше + 4 ° С і вони в силу фізико-хімічних властивостей води стають більш легкими, ніж вода з температурою вище + 4 ° С.
У періоди стагнацій чітко виділяються три шари: верхній (епілімніон) з найбільш різкими сезонними коливаннями температури води, середній (металімніон або термоклин), в якому відбувається різкий стрибок температур, і придонний (гіполімніон), в якому температура протягом року змінюється слабо. У періоди стагнацій в товщі води утворюється дефіцит кисню – влітку в придонному частини, а взимку і у верхній, внаслідок чого в зимовий період нерідко відбуваються замори риби. У стоячих водоймах (озерах) помірних широт навесні і восени має місце вертикальне перемішування, і в ці сезони температура у всьому водоймі стає однорідною, тобто настає гомотермія. Влітку і взимку в результаті різкого посилення прогрівання або охолодження верхніх шарів перемішування води припиняється. Це явище називається температурної дихотомією, а період тимчасового застою – стагнацією (літній чи зимовій). Влітку більш легкі теплі шари залишаються на поверхні, розташовуючись над важкими холодними. Взимку, навпаки, в придонному шарі більш тепла вода, так як безпосередньо під льодом температура поверхневих вод менше + 4 ° С і вони в силу фізико-хімічних властивостей води стають більш легкими, ніж вода з температурою вище + 4 ° С.
У періоди стагнацій чітко виділяються три шари: верхній (епілімніон) з найбільш різкими сезонними коливаннями температури води, середній (металімніон або термоклин), в якому відбувається різкий стрибок температур, і придонний (гіполімніон), в якому температура протягом року змінюється слабо. У періоди стагнацій в товщі води утворюється дефіцит кисню – влітку в придонному частини, а взимку і у верхній, внаслідок чого в зимовий період нерідко відбуваються замори риби.
Світловий режим. Інтенсивність світла у воді сильно ослаблена через його відображення поверхнею і поглинання самою водою. Це сильно позначається на розвитку фотосинтезуючих рослин. Чим менше прозорість води, тим сильніше поглинається світло. Прозорість води лімітується мінеральними суспензіями, планктоном. Зменшується вона при бурхливому розвитку дрібних організмів влітку, а в помірних і північних широтах – ще й взимку, після встановлення льодового покриву та укриття його зверху снігом.
У невеликих озерах на глибину 2 м проникає всього лише десяті частки відсотка світла. З глибиною стає все темніше, і колір води стає спочатку зеленим, потім блакитним, синім і в кінці – синьо-фіолетовим, переходячи в повний морок.
Відповідно змінюють колір і гідробіонти, адаптуються не тільки до складу світла, а й до його нестачі – хроматична адаптація. У світлих зонах, на мілководдях, переважають зелені водорості (Chlorophyta), хлорофіл яких поглинають червоні промені, c глибиною вони змінюються бурими (Phaephyta) і далі червоними (Rhodophyta). На великих глибинах фітобентос відсутня.
До недоліку світла рослини пристосувалися розвитком хроматофоров великих розмірів, що забезпечують низьку точку компенсації фотосинтезу, а також збільшенням площі асимілюючих органів (індексу листової поверхні). Для глибоководних водоростей типові сильно розсічені листя, платівки листя тонкі, що просвічуються. Для напівзанурених і плаваючих рослин характерна гетерофіллія – ??листя над водою такі ж, як у наземних рослин, мають цільну пластинку, розвинений устьічних апарат, а у воді листя дуже тонкі, складаються з вузьких ниткоподібних часткою.
Тварини, як і рослини, закономірно змінюють своє забарвлення з глибиною. У верхніх шарах вони яскраво пофарбовані в різні кольори, в сутінкової зоні (морський окунь, корали, ракоподібні) пофарбовані в кольори з червоним відтінком – зручніше ховатися від ворогів. Глибоководні види позбавлені пігментів.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)