Сайт преподавателя химии и биологии Коноваловой Лидии

Лекция

1. Особенности водной среды жизни и адаптации к ней гидробионтов

Эволюционно первичной средой жизни была именно водная среда. Этому положению мы находим не мало косвенных подтверждений. Прежде всего, большинство организмов не способны к активной жизнедеятельности без поступления воды в организм или, по крайней мере, без сохранения определенного содержания жидкости внутри организма. А содержание солей в крови человека (поддерживаемое на относительно постоянном уровне) близко к таковому в океанической воде.

Вода покрывает 71% площади земного шара. Основная масса воды сосредоточена в морях и океанах – 94-98%, в полярных льдах содержится около 1.2% воды и совсем малая доля – менее 0.5%, в пресных водах рек, озер и болот.

В водной среде обитает около 150 000 видов животных и 10 000 растений, что составляет соответственно всего 7 и 8 % от общего числа видов Земли.

Все водные обитатели, несмотря на различия в образе жизни, должны быть приспособлены к главным особенностям своей сре­ды. Эти особенности определяются прежде всего физическими свойствами воды: ее плотностью, теплопроводностью, способно­стью растворять соли и газы, электропроводностью.

Воде свойственна высокая плотность (1 г/см3, что в 800 раз больше плотности воздуха) и вязкость. Поэтому водные организмы (особенно, активно движущиеся) сталкиваются с большой силой гидродинамического сопротивления, по­этому быстро плавающие животные, такие как рыбы, дельфины, кальмары, должны иметь сильную мускулатуру и обтекаемую форму тела. В связи с высокой плотностью воды давление с глуби­ной сильно растет. Глубоководные обитатели способны переносить давление, которое в тысячи раз выше, чем на поверхности суши. Плотность воды определяет ее значительную выталки­вающую силу. Это значит, что в воде облегчается вес организмов и появляется возможность вести постоянную жизнь в водной толще, не опускаясь на дно. Множество видов, преимущественно мелких, неспособных к быстрому активному плаванию, как бы парят в во­де, находясь в ней во взвешенном состоянии. Совокупность таких мелких водных обитателей получила название планктон. Наличие в воде планктона делает возможным фильтрационный тип питания, то есть отцеживание, при помощи разных приспособле­ний, взвешенных в воде мелких организмов и пищевых частиц. Оно развито и у плавающих, и у сидячих донных животных, таких как морские лилии, мидии, устрицы и другие.

Свет проникает в воду лишь на небольшую глубину, поэтому растительные организмы могут существовать только в верхних го­ризонтах водной толщи. Даже в самых чистых морях фотосинтез возможен лишь до глубин в 100-200 м. На больших глубинах растений нет, а глубоководные животные обитают в полном мраке.

Температурный режим в водоемах более мягок, чем на суше. Из-за высокой теплоемкости воды колебания температуры в ней сглажены, и водные обитатели не сталкиваются с необходимо­стью приспосабливаться к сильным морозам или сорокаградусной жаре. Только в горячих источниках температура воды может при­ближаться к точке кипения.

Диапазон температур вод 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).

Содержание растворенных газов. Одна из сложностей жизни водных обитателей - ограни­ченное количество кислорода. Его растворимость в во­де не очень велика, и к тому же сильно уменьшается при загрязне­нии или нагревании воды. Поэтому в водоемах иногда бывают заморы - массовая гибель обитателей из-за нехватки кислорода, которая наступает по разным причинам. Некоторые рыбы очень чувствительны к дефициту кислорода (форель, гольян, хариус) и потому предпочитают холодные горные реки и ручьи. Другие рыбы (карась, сазан, плотва) неприхотливы к содержанию кислорода и могут жить на дне глубоких водоемов.

Содержания углекислого газа в воде в 700 раз больше, чем в воздухе. Он используется в фотосинтезе растений и идет на формирование известковых скелетных образований животных (раковины моллюсков, покровы ракообразных, каркасы радиолярий и др.).

Солевой состав воды также очень важен для водных организмов. Морские виды не могут жить в пресных водах, а пресноводные - в морях, так как это вызвало бы нарушения работы клеток. Так в соленой воде (изотоническая среда), для того чтобы вода находящееся в организме не выходила наружу, концентрация солей в тканях гидробионтов одинакова (изотонична) с концентрацией солей, растворенных в воде. Преобладают карбонаты, сульфаты, хлориды. В пресных водоемах концентрация солей не более 0,5 г /л, в морях – от 12 до 35 г/л.

Кислотность. Кислотность воды в пресноводных водоемах варьирует сильнее, чем в морских – от pH = 3.7 до 7.8. Кислотность воды во многом определят видовой состав гидробионтов. Например в кислых водах болот растут сфагновые мхи, в щелочной среде развиваются многие виды рдестов, элодея. Большинство пресноводных рыб живут в диапазоне pH 5 - 9 и гибнут за пределами этих значений. Следует отметить, что кислотность морской воды убывает с глубиной.

Э л е к т р о п р о в о д н о с т ь открыла возможность эволюционного формирования электрических органов чувств, обороны и нападения.

Разнообразие органической жизни в водной среде (экологи­ческие группы организмов):

•   плейстон, нейстон - обитатели поверхностной пленки воды;

•         планктон (фито- и зоопланктон) - мелкие организмы, па­рящие в толще воды В со­став планктона входят микроскопические водоросли, мелкие рачки, икра и личинки рыб, медузы и многие другие виды;

•         нектон - животные, способные к быстрому плаванию и преодолению силы течений (рыбы, кальмары, ластоногие, киты);

•   бентос - придонные обитатели.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.     Каковы особенности водной среды как среды жизни для организмов?

2.     Какие приспособления выработались у организмов к обитанию в водной среде?

3.     На какие  экологические группы  делятся гидробионты?

4.     Какие у каждой группы  выработались адаптации  к действию абиотических факторов водной среды.

5.     Попробуйте определить лимитирующие факторы (то есть факторы, препятствующие развитию организмов) водной среды обитания и адаптации к ним. 

Домашнее задание:

Ответить письменно на вопрос:  практически единственным источником энергии для всех живых организмов является солнечная энергия, усваиваемая растениями и другими фотосинтезирующими организмами. Как в таком случае существуют глубоководные экосистемы, куда солнечный свет не доходит.