Экологические особенности водной среды обитания

Все обитатели водной среды получили общее название гидробионты. Они населяют весь Мировой океан, континентальные водоёмы и подземные воды. В океане и входящих в него морях, а также в крупных внутренних водоёмах по вертикали выделяют четыре основные природные зоны, значительно различающиеся по своим экологическим особенностям. Слой воды от поверхности до максимальных глубин проникновения света в водную толщу (от 10 до 800 м) называется пелагиаль, а все обитающие в нём организмы являются пелагическими. В приповерхностном слое пелагической зоны выражена суточная и сезонная изменчивость температуры и гидрохимических параметров. Именно здесь происходит фотосинтез, в процессе которого растения вырабатывают первичное органическое вещество. Область материкового склона с быстрым нарастанием глубин и давления носит название батиаль. Наконец, наиболее глубоководная зона водоёма – это абиссаль. Здесь господствует полный мрак, температура воды в независимости от климатической зоны составляет в основном от 4 до 5 ºС, сезонные колебания отсутствуют, давление и солёность воды достигают своих наибольших значений, концентрация кислорода снижена и может появляться сероводород. Прибрежная мелководная, хорошо прогреваемая летом зона водоёма называется литоралью.

Вода как среда обитания обладает рядов характерных свойств, влияющих на поведение и распространение гидробионтов.

Плотность воды – экологический фактор, определяющий условия перемещения организмов и давление на различных горизонтах. Давление возрастает в среднем на 1 × 10⁵ Па (1 атм) при погружении на каждые 10 м. По причине наличия выраженного градиента давления в большинстве водоёмов, обитатели водной среды в целом способны выдерживать более значительные его колебания, чем жители суши. Отдельные виды, распространённые как в литоральной, так и в батиальной зонах, способны выдерживать давление от 5 до сотен атмосфер (голотурии рода Elpidia, черви Priapulus caudatus и др.). Однако большинство гидробионтов обитают только в определённых зонах. Высокая плотность воды (от 1 до 1.35 г/см³) даёт возможность использовать среду в качестве опоры многим мелким организмам, которые буквально парят в ней. Таких гидробионтов, на основе единства образа жизни и сходных адаптаций, которые заключаются в увеличенной площади поверхности тела, отсутствии скелета, накопления в теле пузырьков газов, жиров, пассивного способа передвижения т.д., объединяют в особую экологическую группу – планктон (от греч. “планктос” – плавающий). В составе планктона находятся одноклеточные и колониальные низшие растения – водоросли (фитопланктон), низшие ракообразные, простейшие, личинки моллюсков, иглокожих, губок, медузы, икра рыб (зоопланктон). Величина плотности воды и её вязкость определяет также возможности активного плавания в ней. Животных обладающих способностью активно перемещаться в воде, преодолевая силу течений, за счёт развитой мускулатуры и скелета, наличия плавников и эффективных органов ориентации в пространстве объединяют в экологическую группу нектона (от греч. “нектос” – плавающий). Представителями нектона являются рыбы, кальмары и водные млекопитающие. Обитатели дна внутренних пресноводных водоёмов, морей и океанов, ведущие малоподвижный или сидячий образ жизни, составляют экологическую группу бентоса (от греч. “бентос” – дно). К типичным бентосным организмам принадлежат моллюски, черви, губки, иглокожие.

Температура воды – важнейший экологический фактор, так как в зависимости от температуры находится в прямой тесной зависимости интенсивность обмена веществ водных организмов, скорость их питания, роста и созревания. Температурный режим водоёмов более устойчив, чем на суше, что связано с физическими свойствами воды, и, прежде всего, с её высокой удельной теплоёмкостью, благодаря которой нагревание воды и её охлаждение происходит значительно медленнее по сравнению с воздушной средой. Кроме того, испарение воды с поверхности водоёмов, при котором затрачивается около 2260 Дж/г, препятствует перегреванию верхних слоёв водоёма в летний период, а образование льда, при котором выделяется теплота плавления около 333 Дж/г, замедляет их охлаждение зимой. Годовые колебания температуры воды в поверхностном слое тропических морей составляют не более 5 – 7 °С, в умеренных регионах достигают 15 – 20 ºС, а в большинстве полярных морей не превышают 5 °С. Однако в континентальных мелководных водоёмах, расположенных в зоне умеренного климата, амплитуда годовых колебаний температуры может превышать 25 °С. Придонные горизонты морей и глубоководных внутренних водоёмов, характеризуются наиболее стабильным термическим режимом. Здесь, как правило, вне зависимости от сезона года и климатического пояса, температура воды находится на уровне, соответствующем её максимальной плотности – около 4 °С. Средняя годовая температура в поверхностных экваториальных водах может составлять около 26 °С, а в полярных около 0°С, причём в зимний период температура воды может опускаться до – 1.5 – 2.0 °С не превращаясь при этом в лёд, по причине своей высокой солёности (32 – 34 ‰). В горячих наземных источниках, например на Камчатке, температура воды может приближаться к + 100°С, а в районах действия подводных вулканов и гейзеров, расположенных вдоль зон взаимодействия литосферных плит Земли, в частности в центральной части Атлантического океана, зарегистрирована наибольшая температура жидкой воды + 380°С. При этом переходу в парообразное состояние препятствует высокое гидростатическое давление, которое на глубине 2 км достигает 200 атм. Как ни странно, но даже в близи глубоководных гейзеров, в полном мраке, при давлениях в сотни раз превышающих атмосферное и температурах около 100 °С существуют достаточно развитые сообщества донной фауны, включающие в свой состав не только бактерий, осуществляющих выработку энергии и первичной биомассы в процессе окислительно-восстановительных реакций, но и разнообразных многоклеточных животных, среди которых особые виды ракообразных, моллюсков и червей, адаптировавшиеся к столь суровым условиям обитания.

Таким образом, температурные условия в водных экосистемах могут быть достаточно разнообразными. Тем не менее, в связи с более устойчивым температурным режимом, свойственным для большинства водоёмов, обитатели водной среды – гидробионты, в значительно большей степени, чем обитатели наземно-воздушной среды, демонстрируют стенотермность. Эвритермные виды обитают в основном в мелководных континентальных водоёмах и в прибрежной зоне морей полярных и умеренных широт, для которых характерны заметные суточные и сезонные колебания температуры.

Солёность воды на поверхности и в открытых районах океанов, как в низких, как и в высоких широтах, находится на относительно постоянном уровне значений – от 32 до 36 ‰. С глубиной солёность возрастает не более чем на 10 – 15 %. В связи с этим,

важная роль солёности воды в качестве экологического фактора наиболее ярко проявляется только во внутренних морях, имеющих ограниченную связь с Мировым океаном. В таких водоёмах солёность в зависимости от района может составлять от 3 – 5 до 25 ‰. Например, в Белом, Балтийском, Азовском морях наблюдается существенная неоднородность в распределении значений данной характеристики, как по горизонтали, так и по вертикали, за счёт значительного влияния на состав и структуру морских водных масс значительного объёма пресного речного стока. Сильно опреснёнными являются некоторые заливы этих морей, такие как Двинская губа в Белом море, Финский залив на Балтике, Таганрогский залив Азовского моря. У пресноводных гидробионтов, концентрация солей в полостных жидкостях в норме превышает их содержание в воде. Им угрожает избыточное поступление воды с очень малой минерализацией из вне, что привело бы к нарушению жизненно важных физиологических функций. Поэтому они вынуждены удалять избыток воды из тела. У простейших животных, например у инфузории Paramecium, это достигается непрерывной работой специальных выделительных вакуолей. Рыбы удаляют лишнюю влагу через более сложную выделительную систему, причём необходимые минеральные соли задерживаются в организме в процессе фильтрации. В океанических условиях и в окраинных морях, гидробионты существуют в среде, с солёностью превышающей концентрацию солей в их телах. В связи с этим, им грозит обезвоживание и они должны защищаться от избыточного проникновения солей в организм из внешней среды. В целом, основным способом поддержания своего солёвого баланса для водных организмов является стремление избегать местообитаний с неподходящей солёностью. Пресноводные формы, адаптировавшиеся к жизни во внутренних водоёмах или в опреснённых заливах внутренних морей, не могут жить или успешно размножаться в морях при высокой солёности, а морские виды не переносят опреснения. Типично эвригалинных видов, способных проявлять активную жизнедеятельность как в пресной, так и в морской воде, очень немного.

Концентрация кислорода в воде, в силу своей повышенной изменчивости, принадлежит к числу главных экологических факторов, способных оказывать определяющее воздействие на жизнь гидробионтов. Растворимость кислорода в воде снижается по мере увеличения температуры и солёности. Максимальная его концентрация в пресной воде может достигать 14 мг/л при 0°С. В тропических районах Мирового океана при солёности около 35 ‰ и температуре поверхностного слоя 25 – 27 °С содержание растворённого кислорода не превышает 8 мг/л, что в 26 раз ниже чем в атмосфере. Поэтому условия дыхания гидробионтов значительно усложнены. Кислород поступает в воду в основном в результате фотосинтеза водорослей и высших водных растений развивающихся в поверхностном слое и в прибрежной зоне, а также в процессе диффузии из атмосферы, причём с ростом ветрового волнения скорость проникновения кислорода в водную среду значительно возрастает. Верхние слои водной толщи почти всегда содержат значительно большее количество кислорода, чем придонные горизонты, потому что на значительные глубины проникает ничтожное количество света и фотосинтез, как правило, невозможен, что на фоне потребления кислорода при дыхании донных организмов и в процессе окисления мертвого органического вещества, может привести к его дефициту и даже к полному отсутствию. Например, в большинстве открытых районов Мирового океана на глубине 1000 м, концентрация кислорода от 7 до 10 раз меньше чем в поверхностных, населённых фитопланктоном водах. Во внутренних континентальных водоёмах, аналогичное снижение содержание кислорода часто наблюдается уже на глубинах от 10 до 15 м, в особенности в тех случаях, когда водоём подвергается загрязнению органическими веществами, например удобрениями с близлежащих полей. Нехватка кислорода в воде может привести к катастрофическим явлениям – заморам, которые сопровождаются гибелью многих видов водных обитателей. При снижении концентрации кислорода до уровня 2 мг/л происходит массовая гибель большинства видов рыб и их икры. Однако среди водных организмов есть виды способные обитать в широком диапазоне содержания кислорода в воде, вплоть до его полного отсутствия. Такие организмы получили название эвриоксибионты (от лат. “окси” – кислород, “бионт” – обитатель). К их числу принадлежат широко распространённые пресноводные черви-олигохеты Tubifex tubifex, брюхоногие моллюски Viviparus viviparus. Среди рыб также существуют отдельные виды способные длительно обитать в условиях дефицита кислорода за счёт способности к его поглощению из воды не только жабрами, но и поверхностью своего тела. Это линь, карась, вьюн и др. Некоторые рыбы, например амурский бычок – ротан, способны при выраженном недостатке кислорода впадать в неактивное состояние – аноксибиоз – и таким способом переживать неблагоприятный период. Стенооксибионты могут существовать только в условиях достаточно высоких концентраций кислорода в воде – от 5 мг/л и выше. Это кумжа, радужная форель, гольян, личинки подёнок и веснянок, ресничный червь Planaria alpinа и др. Некоторые обладают способностью дышать как растворённым в воде, так и атмосферным кислородом. Таковы двоякодышащие рыбы – лепидосерен, обитающий в пересыхающих водоёмах Юж. Америки, австралийский рогозуб и др. Усваивать кислород из воздуха могут также водные млекопитающие, для которых это единственный источник кислорода, многочисленные лёгочные моллюски, водяные жуки, личинки комаров, ракообразные Gammarus lacustris и др. Возможность использовать для дыхания атмосферный кислород помогает организмам выживать в водоёмах с его постоянным или периодическим дефицитом.

Литература:

Основная [5] – с. 95 – 111; Дополнительная [8]; [9] – Глава 1; [15]; [17].

Вопросы для самопроверки:

1. В чём состоят основные различия меду абиотическими условиями в литоральной,

батиальной и абиссальной зонах водоёмов ?

2. Какие организмы принадлежат к экологическим группам планктона, нектона

и бентоса ?.

3. Какова роль температуры воды в качестве экологического фактора ?

4. Охарактеризуйте роль и значение солёности воды как экологического фактора.

5. От каких процессов зависит концентрация кислорода в поверхностных и придонных

горизонтах водоёмов ?