Вода как среда обитания.

Вода как среда обитания.

Как среда обитания организмов вода имеет ряд специфических свойств (большая плотность, значительные перепады  давления, относительно малое содержание кислорода, высокая теплоемкость, сильное поглощение солнечных лучей  и др.). Отдельные водоемы различаются по солевому  режиму, по наличию течений и по др. параметрам.

Обитатели водной среды в экологии называются гидробионтами. По условиям обитания гидробионтов в любом водоеме можно выделить различные  зоны. Рассмотрим экологические зоны мирового океана. В океане вместе с входящими в него морями можно выделить две основные экологические зоны: толщу воды-пелагиаль и дно - бенталь. Бенталь в зависимости от глубины подразделяется на зоны: сублитораль  - область плавного увеличения глубины до 200 м; батиаль - крутой склон дна; абиссаль - океаническое ложе со  средней глубиной 3-6 км; ультраабиссаль - впадины океанического ложа; литораль - кромка берега, заливаемая приливами; супралитораль - часть берега, увлажняемого брызгами прибоя.

Совокупность организмов, живущих на дне океана называется бентос, а живущих в толще воды - пелагос.

Пелагиаль также делится на зоны соответствующие зонам бентали: эпипелагиаль, батипелагиаль, абиссопелагиаль.Нижняя граница эпипелагиали (~ 200 м)  определяется количеством проникающего солнечного света, достаточным для фотосинтеза. Глубже этих зон зеленые растения не могут существовать. В сумеречных батиальных и полных мрака абиссальных глубинах обитают лишь микроорганизмы и животные.

Плотность воды - фактор, определяющий условия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. Максимальная плотность чистой (дистиллированной) воды достигается при температуре +4оС и равна 1 г/см3. Природные воды имеют плотность до 1,35 г/см3. Давление растет с глубиной в среднем на 1·105 Па (1 атм) на каждые 10 м.

Гидробионты более эврибатны, нежели сухопутные организмы. Так, некоторые виды червей могут обитать и в прибрежной зоне и в ультраабиссали. Однако некоторые гидробионты стенобатны, т.е. обитают на строго определенных глубинах. Плотность воды обеспечивает возможность опираться на нее, что является необходимым условием парения в воде. Многие организмы приспособились именно к этому образу жизни и объединяются в особую экологическую группу  гидробионтов – планктон. Планктон – одноклеточные водоросли, простейшие, медузы, некоторые моллюски, мелкие рачки, личинки донных животных, икра и мальки рыб и др.Различают фитопланктон – водоросли и зоопланктон – остальное. Планктон не преодолевает течения и переносится ими на большие расстояния, однако некоторые его виды могут активно перемещаться по вертикали за счет регулирования плавучести тела.

Животных, способных к быстрому плаванию и преодолению сильных течений, объединяют в экологическую группу нектон – рыбы, кальмары, дельфины. Их быстрое передвижение в воде возможно за счет сильно развитой мускулатуры, сопряженной с обтекаемой формой тела. Животные используют следующие основные способы движения в воде: реактивный, за счет изгибания тела, с помощью конечностей.

В насыщенной кислородом воде содержание его составляет не менее 10 мл на 1 л воды, что в 21 раз меньше, чем в атмосфере. Кислород  поступает в воду в основном за счет фотосинтеза в водорослях и диффузии из воздуха. Поэтому верхние слои водоемов богаче кислородом, чем нижние. С повышением температуры и солености воды концентрация кислорода уменьшается. В слоях, сильно заселенных гидробионтами, может ощущаться дефицит кислорода из-за повышенного его потребления. Около дна водоемов условия могут быть анаэробными.

Многие гидробионты эвриоксибионтны (сазан, линь, карась и др.); ряд видов стеноксибионтны и существуют лишь при высоком содержании кислорода (радужная форель, кумжа, гольян и др.). Многие виды способны впадать в состояние аноксибиоза при недостатке кислорода.

Дыхание гидробионтов осуществляется различными путями: поверхностью тела; жабрами; легкими; трахеями. При этом в ходе эволюции выработались различные адаптации, интенсифицирующие дыхание (утончение покровов тела и увеличение относительной его поверхности, перемешивание прилегающих  к телу слоев воды, комбинирование водного и воздушного дыхания и др.)

Недостаток кислорода приводит к заморам, сопровождающимся гибелью множества гидробионтов. Зимние заморы обусловлены образованием ледяного покрова, а летние повышением температуры воды и, как следствие, уменьшением растворимости кислорода в воде. Заморы, кроме  недостатка кислорода, могут быть вызваны повышением концентрации  в воде токсичных газов – метана (СН4), сероводорода (Н2S), диоксида серы (SО2), и др., образующихся в результате разложения органических веществ на дне водоемов.

Особенностью гидробионтов является поддержание определенного количества воды в теле при её избытке в окружающей среде, т.к. изменение количества воды в клетках приводит к  изменению в них осмотического давления и нарушению важнейших жизненных функций.

Водные обитатели в основном пойкилоосмотичны: осмотическое давление в их теле зависит от солёности окружающей воды, основной способ поддержания своего солевого баланса  у них - выбор мест обитания с подходящей их потребностям солёностью: пресноводные не живут в морях, морские - не переносят опреснения. При изменении солёности воды животные мигрируют в поисках благоприятной среды. Так, например, при опреснении поверхностных слоёв моря после сильных дождей радиолярии, морские рачки и др. опускаются на глубину до 100 м.

Водные позвоночные, высшие раки, насекомые и их личинки являются гомойоосмотическими, сохраняя постоянное осмотическое давление в теле независимо от концентрации солей в воде.

Защита организмов от этих неблагоприятных явлений обеспечивается различными путями: изменение концентрации солей в теле; наличие непроницаемых для воды покровов; переход в состояние солевого анабиоза.

Эвригалинных видов, способных в активном состоянии обитать как в пресной, так и в соленой воде немного, причем это в основном виды, населяющие дельты рек, лиманы и др. солоноватоводные водоемы.

Температурный режим водоемов.

Физические свойства воды обусловливают более устойчивый температурный режим по сравнению с наземно-воздушной средой по следующим причинам:

– высокая удельная теплоёмкость воды, из-за которой получение или отдача значительного количества тепла не вызывает слишком резкого и большого изменения температуры водоёмов;

–       испарение воды с поверхности водоёмов, происходящей с поглощением энергии,  что препятствует их перегреванию;

–       образование льда, которое происходит с выделением тепла (3,3∙105 Дж/кг), что замедляет охлаждение верхних слоёв.

Годовая амплитуда колебаний температуры в верхних слоях океана не > 10…15 оС, а в континентальных водоёмах ~ 30…35 оС. В глубинных слоях водоёмов колебания температуры незначительны ~ 1…2 оС.

Из-за более устойчивого температурного режима водоемов гидробионты более стенотермны, нежели наземные организмы.

В воде света гораздо меньше, чем в воздухе, т.к. происходит отражение его от поверхности воды и поглощение в её объеме. Изменение количества отражённого света  в зависимости от высоты стояния солнца над горизонтом уменьшает продолжительность дня в водоёмах. Так, на глубинах ~ 30 м продолжительность дня летом ~ 5 час, а на глубине 40 м –  ~ 15 мин. Быстрое убывание количества света с глубиной обусловлено его поглощением массой воды. Разные длины волн оптического диапазона электромагнитного излучения солнца поглощаются неодинаково: сначала длинноволновые (красный цвет поглощается поверхностным слоем), затем все более коротковолновые лучи (сине-фиолетовые лучи достигают глубины ~ 200 м при хорошей прозрачности воды).

Водоросли в Мировом океане обитают на глубине до 20…40 м, причем глубже других проникают красные водоросли (иногда до 100…200 м).

С глубиной меняется окраска животных: наиболее разнообразные цвета их в литоральной и сублиторальной зонах; в сумеречных глубинах превалирует красная окраска, являющаяся дополнительной к сине-фиолетовому цвету. Дополнительные по цвету лучи наиболее полно поглощаются телом  животных, что позволяет им скрываться от врагов, т.к. их красный цвет в сине-фиолетовых лучах зрительно воспринимается как черный (морской окунь, красный коралл и др.). Глубинные организмы не имеют пигментов и поэтому не окрашены.

Прозрачность воды характеризуется максимальной глубиной, на которой еще виден диск Секки (белый диск диаметром 20 см). Самые прозрачные воды в Саргассовом море – диск виден до глубины 66,5 м, в Тихом океане – 59 м, в мелких морях – 5…15 м, в реках 1…1,5 м, в озере Байкал – 40 м.

Нижняя (по глубине) граница  фотосинтеза меняется также в зависимости от времени года, широты местности и др.

В темных глубинах океана в качестве источника зрительной информации организмы используют свет, испускаемый живыми существами за счёт процесса биолюминесценции. Химия процесса заключается в реакции окисления определённых органических соединений (люциферинов) при помощи белковых катализаторов. При этом избыточная энергия возбуждённых  органических молекул выделяется в виде квантов света. Свет излучается импульсами в ответ на раздражения, поступающие из внешней среды. Биолюминесценция играет в основном сигнальную роль.

Из-за поглощения света в воде у гидробионтов слабо развита  зрительная и лучше звуковая ориентация, т.к. звук распространяется в воде быстрее, чем в воздухе.

Для ориентации в глубине гидробионты используют гидростатическое давление толщи воды.

Около 300 видов рыб способны генерировать электричество и использовать его для ориентации, сигнализации и защиты от врагов.

Наиболее древний способ ориентации водных животных – восприятие химического состава среды. Хеморецепторы их обладают чрезвычайно большой чувствительностью, что позволяет животным  в тысячекилометровых миграциях по океану ориентироваться по запахам. Так, например, угри, кормящиеся в европейских реках и нерестящиеся у берегов Центральной Америки, реагируют на наличие этилового спирта концентрацией 1 г на 6000 км3 воды.

Некоторые гидробионты приспособились к фильтрационному способу питания, процеживая через себя большое количество воды с извлечением из неё необходимых веществ (пластинчато-жаберные моллюски и др.). Животные – фильтраторы играют огромную роль в биологической очистке водоёмов. Так, мидии, обитающие на площади дна в 1 м2, могут фильтровать до 150…280 м3 воды за сутки, очищая её от взвешенных частиц.

Многие гидробионты адаптировались к условиям обезвоживания водоемов (зарывание в ил, переход  в состояние пониженной жизнедеятельности – гипобиоз и др.).