Водная среда обитания - гидросфера

В процессе исторического развития живые организмы  освоили четыре среды обитания. Первая – вода. В воде жизнь зародилась и развивалась многие миллионы лет. Вторая – наземно-воздушная –  на суше и в атмосфере возникли и бурно адаптировались к новым  условиям растения и животные. Постепенно преобразуя верхний слой суши - литосферы, они создали третью среду обитания – почву, а сами стали четвертой  средой обитания.

Водная  среда обитания - гидросфера

Экологические группы гидробионтов. Наибольшим разнообразием жизни отличаются теплые моря и океаны (40000 видов животных) в области экватора и тропиках, к северу и югу происходит обеднение флоры и фауны морей в сотни раз. Что касается распределения организмов непосредственно в море, то основная масса их сосредоточена в поверхностных слоях (эпипелагиаль) и в сублиторальной зоне. В зависимости от способа передвижения и пребывания в определенных слоях, морские обитатели подразделяются на три экологические группы: нектон, планктон и бентос.

Нектон  (nektos – плавающий) - активно передвигающиеся крупные животные, способные преодолевать большие расстояния и сильные течения: рыбы, кальмары, ластоногие, киты. В пресных водоемах к нектону относятся и земноводные и множество насекомых.

Планктон (planktos – блуждающий, парящий) – совокупность растений (фитопланктон: диатомовые, зеленые и сине-зеленые (только пресные водоемы) водоросли, растительные жгутиконосцы, перидинеи и др.) и мелких животных организмов (зоопланктон: мелкие ракообразные, из более крупных – крылоногие моллюски, медузы, гребневики, некоторые черви), обитающих на разной глубине, но не способных к активным передвижениям и к противостоянию течениям. В состав планктона входят и личинки животных, образуя особую группу – нейстон. Это пассивно плавающее «временное» население самого верхнего слоя воды, представленное разными животными (десятиногие, усоногие и веслоногие ракообразные, иглокожие, полихеты, рыбы, моллюски и др.) в личиночной стадии. Личинки, взрослея, переходят в нижние слои пелагели. Выше нейстона располагается плейстон – это организмы, у которых верхняя часть тела растет над водой, а нижняя – в воде (ряска – Lemma, сифонофоры и др.). Планктон играет важную роль в трофических связях биосферы, т.к. является пищей для многих водных обитателей, в том числе основным кормом для усатых китов (Myatcoceti).

Бентос (benthos – глубина) – гидробионты дна. Представлен в основном прикрепленными или медленно передвигающимися животными (зообентос: фораминефоры, рыбы, губки, кишечнополостные, черви, плеченогие моллюски, асцидии, и др.), более многочисленными на мелководье. На мелководье в бентос входят и растения (фитобентос: диатомовые, зеленые, бурые, красные водоросли, бактерии). На глубине, где нет света, фитобентос отсутствует. У побережий встречаются цветковые растения зостера, рупия. Наиболее богаты фитобентосом каменистые участки дна.

В озерах зообентос  менее обилен и разнообразен, чем  в море. Его образуют простейшие (инфузории, дафнии), пиявки, моллюски, личинки насекомых и др. Фитобентос озер образован свободно плавающими диатомеями, зелеными и сине-зелеными водорослями; бурые и красные  водоросли отсутствуют.

Укореняющиеся прибрежные растения в озерах образуют четко выраженные пояса, видовой  состав и облик которых согласуются  с условиями среды в пограничной  зоне «суша-вода». В воде у самого берега растут гидрофиты – полупогруженные  в воду растения (стрелолист, белокрыльник, камыши, рогоз, осоки, трищетинник, тростник). Они сменяются гидатофитами –  растениями, погруженными в воду, но с плавающими листьями (лотос, ряски, кубышки, чилим, такла) и – далее  – полностью погруженными (рдесты, элодея, хара). К гидатофитам относятся  и плавающие на поверхности растения (ряска).

Высокая плотность  водной среды определяет особый состав и характер изменения жизнеобеспечивающих  факторов. Одни из них те же, что и  на суше – тепло, свет, другие специфические: давление воды (с глубиной увеличивается  на 1 атм. на каждые 10 м), содержание кислорода, состав солей, кислотность. Благодаря  высокой плотности среды, значения тепла и света с градиентом высоты изменяются гораздо быстрее, чем на суше.

Тепловой  режим. Для водной среды характерен меньший приход тепла, т.к. значительная часть его отражается, и не менее  значительная часть расходуется  на испарение. Согласуясь с динамикой  наземных температур, температура воды обладает меньшими колебаниями суточных и сезонных температур. Более того, водоемы существенно выравнивают  ход температур в атмосфере прибрежных районов. При отсутствии ледового панциря  моря в холодное время года оказывают  отепляющее действие на прилегающие  территории суши, летом – охлаждающее  и увлажняющее.

Диапазон  значений температуры воды в Мировом  океане составляет 38° (от -2 до +36°С), в  пресных водоемах – 26° (от -0,9 до +25°С). С глубиной температура воды резко  падает. До 50 м наблюдаются суточные колебания температуры, до 400 – сезонные, глубже она становится постоянной, опускаясь до +1-3°С (в Заполярье  близка к 0°С). Поскольку температурный  режим в водоемах сравнительно стабилен, их обитателям свойственна стенотермность. Незначительные колебания температуры в ту или иную сторону сопровождается существенными изменениями в водных экосистемах.

Примеры: «биологический взрыв» в дельте Волги из-за понижения  уровня Каспийского моря – разрастание  зарослей лотоса (Nelumba kaspium), в южном  Приморье – зарастание белокрыльником стариц рек (Комаровка, Илистая и  др.) по берегам которых вырублена  и сожжена древесная растительность.

В связи с  разной степенью прогревания верхних  и нижних слоев в течение года, приливами и отливами, течениями, штормами происходит постоянное перемешивание  водных слоев. Роль перемешивания воды для водных обитателей (гидробионтов) исключительно велика, т.к. при этом выравнивается распределение кислорода  и питательных веществ внутри водоемов, обеспечивая обменные процессы между организмами и средой.

Световой  режим. Интенсивность света в воде сильно ослаблена из-за его отражения поверхностью и поглощения самой водой. Это сильно сказывается на развитии фотосинтезирующих растений. Чем меньше прозрачность воды, тем сильнее поглощается свет. Прозрачность воды лимитируется минеральными взвесями, планктоном. Уменьшается она при бурном развитии мелких организмов летом, а в умеренных и северных широтах – еще и зимой, после установления ледового покрова и укрытия его сверху снегом.

В океанах, где  вода очень прозрачна, на глубину 140 м проникает 1% световой радиации, а  в небольших озерах на глубине 2 м  проникает всего лишь десятые  доли процента. Лучи разных частей спектра  поглощаются в воде неодинаково, вначале поглощаются красные  лучи. С глубиной становится все  темнее, и цвет воды становится вначале  зеленым, затем голубым, синим и  в конце – сине-фиолетовым, переходя в полный мрак. Соответственно меняют цвет и гидробионты, адаптирующиеся не только к составу света, но и  к его недостатку – хроматическая  адаптация. В светлых зонах, на мелководьях, преобладают зеленые водоросли (Chlorophyta), хлорофилл которых поглощают  красные лучи, c глубиной они сменяются  бурыми (Phaephyta) и далее красными (Rhodophyta). На больших глубинах фитобентос отсутствует.

К недостатку света растения приспособились развитием  хроматофоров крупных размеров, обеспечивающих низкую точку компенсации фотосинтеза, а также увеличением площади  ассимилирующих органов (индекса листовой поверхности). Для глубоководных  водорослей типичны сильно рассеченные  листья, пластинки листьев тонкие, просвечивающиеся. Для полупогруженных  и плавающих растений характерна гетерофиллия – листья над водой  такие же, как у наземных растений, имеют цельную пластинку, развит устьичный аппарат, а в воде листья очень тонкие, состоят из узких  нитевидных долей.

Гетерофиллия: кубышки, кувшинки, стрелолист, чилим (водяной орех).

Животные, как  и растения, закономерно меняют свою окраску с глубиной. В верхних  слоях они ярко окрашены в разные цвета, в сумеречной зоне (морской  окунь, кораллы, ракообразные) окрашены в цвета с красным оттенком – удобнее скрываться от врагов. Глубоководные виды лишены пигментов.

Характерными  свойствами водной среды, отличными  от суши, являются высокая плотность, подвижность, кислотность, способность  растворения газов и солей. Для  всех этих условий у гидробионтов исторически выработаны соответствующие  приспособления-адаптации.

Каковы  приспособления гидробионтов к высокой плотности воды?

Воде свойственна  высокая плотность (1 г/см3, что в 800 раз больше плотности воздуха) и  вязкость.

1) У растений  очень слабо развиты или вовсе  отсутствуют механические ткани  – им опора сама вода. Большинству  свойственна плавучесть, за счет  воздухоносных межклеточных полостей. Характерно активное вегетативное  размножение, развитие гидрохории  – вынос цветоносов над водой  и распространение пыльцы, семян  и спор поверхностными течениями.

2) У живущих  в толще воды и активно плавающих  животных тело имеет обтекаемую  форму и смазано слизью, уменьшающей  трение при передвижении. Развиты  приспособления для повышения  плавучести: скопления жира в  тканях, плавательные пузыри у  рыб, воздухоносные полости у  сифонофор. У пассивно плавающих  животных увеличивается удельная  поверхность тела за счет выростов, шипов, придатков; тело уплощается, происходит редукция скелетных  органов. Разные способы передвижения: изгибание тела, с помощью жгутиков, ресничек, реактивный способ передвижения (головомоллюски).

У придонных  животных исчезает или слабо развит скелет, увеличиваются размеры тела, обычна редукция зрения, развитие осязательных органов.

Каковы  приспособления гидробионтов к подвижности воды?

Характерная черта водной среды – подвижность. Она обусловлена приливами и  отливами, морскими течениями, штормами, разными уровнями высотных отметок  русел рек.

1) В проточных  водоемах растения прочно прикрепляются  к неподвижным подводным предметам.  Донная поверхность для них  в первую очередь – субстрат. Это зеленые (Cladophora) и диатомовые (Diatomeae) водоросли, водяные мхи.  Мхи даже образуют плотный  покров на быстрых перекатах  рек. В прибойно-отливной полосе  морей и многие животные имеют  приспособления для прикрепления  ко дну (брюхоногие моллюски, усоногие  раки), или же прячутся в расщелинах.

2) У рыб  проточных вод тело в поперечнике  круглое, а у рыб, обитающих  у дна, как и у придонных  беспозвоночных животных, тело плоское.  У многих на брюшной стороне  есть органы фиксации к подводным  предметам. 

Каковы  приспособления гидробионтов к солености воды?