Поможем написать любую работу на подобную тему
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 100 оС.
Термодинамические особенности среды, такие как высокая удельная теплоемкость, большая теплопроводность и расширение при замерзании (при этом лед образуется только сверху, а основная масса воды не промерзает) создают благоприятные условия для живых организмов.
· Кислотность среды важный фактор, нередко сказывающийся на распределении организмов. В пресных водоемах кислотность нередко испытывает значительные колебания в течение суток. Морская вода более щелочная и ее колебания менее значимы. С глубиной РН уменьшается. Водоемы с РН 3,7 – 4, 7 – кислые, 6,95 – 7,3 – нейтральные, более 7,8 – щелочные.
Большинство пресноводных рыб выдерживают РН от 5 до 9.
· Световой режим и прозрачность воды зависят от общего количества солнечного света, падающего на водную поверхность. Часть его отражается, часть поглощается толщей воды. С глубиной изменяется спектральный состав воды, поскольку волны разной длинны по разному поглощаются водой. Первыми исчезают красные лучи, затем зеленые, синие. Растения приспосоабливаются к этому вырабатывая специальные пигменты: фикофеинф, фукоксантины, фикоэритрины и др., т.е. происходит хроматическая ааптация. Для водных растений и частично погруженных характерна гетерофилия, т.е. различие строения надводных и подводных органов у одного растения.
Например, стрелолист, лютик водный разнолистный, кувшинки, кубышки, поручейник.
Поглощение света в воде тем сильнее, чем меньше ее прозрачность. Прозрачность воды в свою очередь обусловлена наличием в ней частиц минеральных веществ (глина, ил). Уменьшается прозрачность воды при бурном разрастании водной растительности в летний период или при массовом размножении мелких организмов, находящихся в поверхностных слоях во взвешенном состоянии.
Самые прозрачные воды в Саргассовом море – 66, 5 м, а прозрачность Сырдарьи и Амударьи – несколько см.
· Солевой режим формируется под влиянием естественно-исторических и геологических условий, а также при антропогенном воздействии. Определяется содержанием солей в воде, выражается в г/л или в промилле О/ОО. По общей минерализации воды подразделяются на:
– пресные – до 1 г/л;
– солоноватые – 1 – 25 г/л;
– морской солености – 26 – 50 г/л;
– рассолы – более 50 г/л.
Наиболее важными из растворенных веществ являются карбонаты, сульфаты, хлориды. Среди катионов – кальций, магний, натрий, калий. В зависимости от содержания ионов кальция в пресной воде, воды подразделяют на мягкие (менее 9мг на 1 литр) и жесткие (более 25 мг. На литр).
Соленость является ограничивающим фактором.
· Газовый режим определяется в первую очередь концентрациями кислорода и углекислого газа. Кроме них в воде имеются сероводород, метан и др.
Кислород поступает в воду из воздуха и выделяется растениями в процессе фотосинтеза. Содержание кислорода обратно пропорционально температуре: при повышении температуры содержание кислорода в воде уменьшается. Наиболее богаты кислородом холодные, подвижные воды водопадов, горных рек. Содержание кислорода в воде – лимитирующий фактор.
Например, заморы рыб зимой.
Среди животных встречаются как эвриоксибионты, так и стенооксибионты. Многие виды живых организмов способны при недостатке кислорода впадать в неактивное состояние аноксибиоз.
Дыхание гидробионтов осуществляется как через всю поверхность тела, так и через специализированные органы: жабры, легкие, трахеи. У некоторых встречаются комбинированные органы дыхания, например у двоякодышащих рыб. Вторичноводные животные сохраняют обычно атмосферный тип дыхания, как энергетически более выгодный, и поэтому нуждаются в контактах с воздушной средой.
Углекислый газ поступает в воду в результате растворения из воздуха, в результате дыхания гидробионтов, разложения органических остатков, высвобождения из карбонатов. Он лучше растворяется в воде, чем кислород. Содержание углекислого газа в воде в 700 раз больше, чем в воздухе.. Морская вода – главный резервуар углекислого газа на планете.
Углекислый газ принимает участие в формировании известковых скелетных образований беспозвоночных животных, обеспечивает фотосинтез водных растений.
· Относительное постоянство факторов, и как следствие большое количество стенобионтных видов;
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).
Предыдущие материалы: | Следующие материалы: |