3. Основні середовища життя й адаптації до них організмів.

В процесі еволюції живі організми освоїли основні се­редовища існування. Першим середовищем в якому виникло й поширилося життя було водне. У дальшому живі організми оволо­діли наземно-повітряним середовищем, утворили і заселили ґрунт. Специфічним середовищем життя стали самі живі орга­нізми, кожен з яких являє собою цілий світ для паразитів або симбіонтів.

Водне середовище існування

Як середовище життя водний світ має ряд специфічних властивостей. До них відносяться: порівняно велика густина води, надзвичайні перепади тиску, низький вміст кисню, нерівномірність освітлення, розподілу температур, солоності тощо. Мешканці водного середовища – гідробіонти, населяють Світовий океан, континентальні водойми і підземні води. У будь-якій водо­ймі можна виділити різні за умовами зони.

В океані разом з морями, що входять до нього, розрізняють передусім дві екологічні зони: товщу води – пелагіаль (гр. pelagos) і дно – бенталь (гр. benthos). Залежно від глибини бенталь поділяють на сублітораль­ну зону (лат. sub- під і litoralis – узбережний) - місце плавного пониження суші до глибини приблизно 200 м, батіальну (гр. bathys – глибокий) місце крутого материкового схилу і абісальну зону (гр. abyssos – бездонний) океа­нічного ложа з середньою глибиною 3-6 км. Ще глибші місця бенталі, що відповідають западинам океанічного ложа, називають ультраабісаллю (лат. ultra – далі, більше і гр. abyssos). Край берега, що знаходиться вище рівня припливів і зволожується бризками, дістала назву супраліторалі (лат. super – зверху і litoralis).

Таким чином, умови для життя тварин в різних екологічних зонах сильно відрізняються. Мешканці субліторалі живуть в умо­вах порівняно невисокого тиску, денного сонячного освітлення, часто досить значних змін температурного режиму. Мешканці абі­сальних і ультраабісальних глибин існують в темряві, при постій­ній температурі і величезному тиску в кілька сотень, а нерідко й близько тисячі атмосфер. Тому одне лише зазначення, в якій зоні бенталі мешкає той або інший вид організмів, уже свідчить про те, які загальні екологічні властивості він повинен мати.

Організми, які мешкають у товщі води, або пелагіалі, належать до пелагосу. Пелагіаль також поділяють на вертикальні зо­ни, що відповідають за глибиною зонам бенталі: епіпелагіаль(гр. epi – на, над і pelagos), батіпелагіаль (гр. bathys і pelagos), абісопелагіаль (гр. abyssos і pelagos). Нижня межа епіпелагіалі (не більш ніж 200 м) визначається проникненням сонячного світла у кіль­кості, достатній для фотосинтезу. Зелені рослини глибше за ці зони існувати не можуть. У присмеркових батіальних і сповнених темряви абіссальних глибинах живуть лише мікроорганізми і тва­рини. Різні екологічні зони виділяються і в усіх інших типах во­дойм: озерах, болотах, ставках, річках тощо.

Важливими факторами, що впливають на життя водних тварин є густина води і її тиск. Вона визначає умови переміщення водних організмів і тиск на різних глибинах. При густині дистильованої води 1 г/см³ (0 ^о/_оо) при + 4 °С. густина природних вод, які вміщують розчинені солі, може досягати до 1,35 г/см³ ( 35 ^о/_оо). Тиск у воді зростає із збільшенням глибини в се­редньому на 1 атм. на кожні 10 м.

У зв’язку з різким градієнтом тиску у водоймах гідробіонти можуть переносити значні перепади тиску - від кількох до сотень атмосфер. Наприклад, голотурії роду Elpidia, черв’яки Priapulus caudatus мешкають від прибережної зони до ультраабісалі. Проте багато мешканців морів та океанів відносно стенобатні (гр. stenos і bathys) й приурочені до певних глибин. Стенобатність найчастіше власти­ва мілководним і глибоководним видам. Тільки на літоралі можуть існувати кільчастий черв’як піскожил Arenicola, молюски морські блюдця (Patella). Багато видів риб, наприклад, із групи вудкарів, головоногі молюски, ракоподібні, погонофори, морські зірки тощо, зустрічаються лише на великих глибинах при тискові до 400-500 атм.

Густина води забезпечує можливість спиратися на неї, що надто важлива для планктонних форм - най­простіших, медуз, сифонофорів, молюсків, різноманітних дрібних рачків тощо. Планктонні організми мають схожі адаптації, які підвищують їхню плавучість і заважають осідати на дно. Одноклітинні водорості (фітопланктон) ширяють у воді пасив­но, в той час як більшість планктонних тварин здатні до активно­го плавання, однак у певних межах. Планктонні організми не можуть долати течії і переносяться нею на великі відстані. Чис­ленні види зоопланктону здатні, проте, до вертикальних міграцій у товщі води на десятки і сотні метрів як за рахунок активного переміщення, так і за рахунок регулювання плавучості свого тіла. Особливий різновид планктону становить екологічна група нейстону мешканців поверхневої плівки води на межі з повітряним середовищем.

Густина і в’язкість води надзвичайно впливають на можливість активного плавання. Тварин, які здатні до активного плавання і долання сили течій (риби, кальмари, дельфіни), об’єднують в екологічну групу нектон. Швидкий рух у водній товщі можливий лише при наявності обтічної форми тіла і добре розвиненої мускулатури. Вона характерна для всіх добрих плавців, незалежно від їх систематичної на­лежності і способу руху у воді: реактивного, за рахунок вигинання тіла і плавців або видозмінених кінцівок.

Кисневий режим

Загальний вміст О₂ у воді не перевищує 10 мл в 1 л води, що у 21 раз менше, ніж в атмосфері. Тому умови дихання гідробіонтів досить ускладнені. Кисень над­ходить у воду в основному за рахунок фотосинтетичної діяльності водоростей і дифузії з повітря. Верхні шари водної товщі, як правило, багатші на цей газ, ніж нижні. З підвищенням темпе­ратури і солоності води концентрація в ній кисню знижується. У шарах, густо заселених тваринами і бактеріями, може утворю­ватися різкий дефіцит О₂ через посилене його вживання. Напри­клад, у Світовому океані багаті на життя глибини від 50 до 1000 м характеризуються різким погіршенням аерації, що в 7- 10 разів нижча, ніж у населених фітопланк­тоном поверхневих водах. Біля дна водойм умови можуть бути близькими до ана­еробних.

Серед водних мешканців багато видів, здатних переносити широкі коливання вмісту кисню у воді, аж до майже повної його відсутності (евриоксибіонти). До них належать, наприклад, прісно­водні олігохети Tubifex hubifex, черевоногі молюски Viviparus viviperus. Серед риб дуже слабке насичення води киснем (0,5 см³/л) можуть витримувати короп, лин, карась. Разом з тим стеноксибіонктні види - кумжа, гольян, райдужна форель можуть існувати лише при достатньо високому на­сиченні води киснем – 7-11 см³/л.

Нестача кисню у воді призводить інколи до катастрофічних явищ - заморів, які супроводяться загибеллю безлічі гідробіонтів. Зимові замори часто спричиняються утворенням на поверхні во­дойм льоду і припиненням газообміну. Літні – виникають при підвищен­ням температури води і пропорційним зменшенням внаслідок цього розчинності кисню ( при 0⁰ С. прісна вода містить розчиненого О₂ 10,3 см³/л , при +10⁰ – 8 см³/л, +20⁰ – 6,6 см³/л, +30⁰ – 5,6 см³/л). Замори найчастіше виникають у ставках, озерах, ріках. Інколи вони бувають і в морях - один раз на 10-12 років біля узбережжя Перу при зміні холодної Перуанської течії теплою між пасатною протечією Ель-Ніньйо, спорадично в теплих морях у місцях масового скупчення молюсків або планктонних водорос­тей (вночі). Зниження розчинності О₂ веде до заги­белі численної кількості зоопланктону і риб. Замори можуть спричинюватись не лише нестачею кис­ню, а й підвищенням концентрації у воді токсичних газів (СН₄, СО₂), що утворюються внаслідок розкладан­ня органічних матеріалів на дні водойм.

Сольовий режим

На відміну від наземних тварин, найваж­ливішим для яких є забезпечення організму водою, для гідробіонтів не менш суттєвим є підтримання потрібної кількості води у тілі при її надмірі в навколишньому середовищі, так як зайва кількість води в клітинах призводить до зміни в них осмотичного тиску і порушення важливих життєвих функцій.

Більшість водних мешканців пойкілоосмотичні: осмотичний тиск у їхньому тілі залежить від солоності навколишньої води. У прісноводних видів розчин клітинного соку гіпертонічний по відношенню до навколишньої води. Якщо не перешко­джати надходженню або не вилучати її надлишки з тіла їм загрожує зайве обводнення. У най­простіших це досягається роботою видільних вакуолей, у багато­клітинних - вилученням води через видільну систему. При збільшенні вмісту солей у воді внаслідок осмотичних втрат їм загрожує зневоднення. Тому основним способом підтримання сольового ба­лансу свого організму - це уникнення місць з несприятливою солоністю. Тому пріс­новодні організми не можуть існувати в морях і навпаки. При змінах солоності води тварини переміщуються у пошуках сприятливого середовища. Наприклад, при опрісненні води на ділянках моря біля гирла річки після повені морські риби покидають їх.

Є види які здатні можуть витримувати певні коливання солоності води. До них відносяться напівпровідні риби що живуть в опріснених прибережних водах морів і заходять в річки (лящ, сазан) та тварини, що живуть в естуаріях рік, лиманах та водоймах з солонуватою водою.

Гомойоосмотичні водні тварини зберігають постійний осмотичний тиск у клітинах свого тіла незалежно від концентрації со­лей у воді. Їх зневоднюванню перешкоджають водоне­проникні покриви. До таких тварин належать ссавці, прохідні риби (осетрові, лососеві, деякі оселедцеві), вищі раки, водяні комахи і їхні личинки та інші.

Температурний режим водойм

Внаслідок високої питомої теплоємності води температурний режим водойм значно стійкіший, ніж на сухо­долі. Випаровування води з поверхні водойм, при якому витрачається багато енергії запобігає перегріванню нижніх шарів, а утворення льоду, при якому виділяється теплота плавлення уповільнює їх охолодження.

Амплітуда річних коливань температури у верхніх шарах океа­ну не перевищує 10-15 °С, у континентальних водоймах — 30-35 °С. Глибокі шари води відзначаються стабільністю температури. В екваторіальних водах середньорічна температура поверхневих шарів становить +26-27 °С, у полярних - близько і нижче 0⁰ С. Проте у водоймах існує досить значна різниця температур умов між верхніми шарами води з вираженими в них сезонними коли­ваннями температури і нижніми, де тепловий режим сталий. Ця різниця різкіше проявляється у теплих морях.

У зв’язку із сталим температурним режимом води серед гідро­біонтів переважають стенотермні організми. Евритермні види трапляються в основному в малих континентальних водоймах і на літоралі морів високих та помірних широт, де бувають значні добові й сезонні коливання температури.

Світловий режим водойм

Освітленість води, внаслідок відбиття сонячного проміння від її поверхні та його поглинання, значно менша ніж повітря. Особливо швидко зменшується кількість світла із збільшенням глибини. Це викликається тим, що промені з різною довжиною хвилі по­глинаються неоднаково: червоні зникають уже недалеко від по­верхні, тоді як синьо-зелені проникають значно глибше. Сутінки, що густішають з глибиною, в океані мають спочатку зелений, потім голубий, а далі синій і синьо-фіолетовий кольори, переходя­чи, нарешті, в цілковиту темряву. У найчистіших водах проникнення світлових променів сягає глибин не більш ніж 200 м (еуфотична зона, або зона фотосинтезу), до глибини 1000-1500 м (присмеркова , або дисфотична зона) його проникає дуже мало, а глибше, в афотичну зону, соняч­не світло не проникає зовсім.

3 глибиною відповідно змінюють одні одних зелені, бурі й червоні водорості, що спеціалізуються на вловлюванні світла з різною довжиною хвилі. Разом з ними закономірно змінюється і забарвлення тварин. Найяскравіше і найбільш різноманітно забарвлені мешканці літоральної і суб­літоральної зон. Численні глибинні організми, як і печерні, не мають пігментів. У присмерковій зоні дуже поширене червоне за­барвлення, котре є додатковим до синьо-фіолетового світла на цих глибинах. Додаткові за кольором промені найповніше погли­наються тілом. Це дає змогу тваринам ховатися від ворогів, оскільки їхнє червоне забарвлення у синьо-фіолетових променях зір сприймає як чорне. Червоне забарвлення характерне для таких тварин присмеркової зони, як морський окунь, червоний корал, різні ракоподібні та ін.

Межа зони фотосинтезу залежить від прозорості води і варіює у різ­них водоймах. Кількість світла у верхніх шарах водойм також змінюється за­лежно від широти місцевості та від пори року.

Наземно – повітряне середовище життя.

В порівнянні з водним, життя в наземно-повітряному середовищі, вимагає від організмів дуже складних і різноманітних пристосувань. Тіла тварин тут оточені сумішшю газів з низькою густиною, високим вмістом кисню і малою кількістю водяної пари. Всі мешканці повітряного середовища тісно пов’язані з поверхнею землі, яка cлужить їм опорою, а для підтримання тіла вони повинні мати власну опорну систему. Наземні організми існують також в умовах порівняно низького тиску, зумовленого малою густиною повітря. В нормі він дорівнює 760 мм ртутного стовпчика. Із збільшенням висоти над рівнем моря тиск зменшується. На висоті 5800 м він дорівнює лише по­ловині нормального. Зниження тиску спричинює зменшення забезпеченості киснем і зневоднювання тварин за рахунок збільшення частоти дихання. Для більшості хребетних верхня межа життя близь­ко 6000 м. Дещо витривалішими є членистоногі (ногохвістки, клі­щі, павуки), яких можна зустріти на більших висотах. В цілому ж всі наземні організми значно більш стенобатні, ніж водні, оскільки звичайні коливання тиску в навколишньому се­редовищі становлять лише частки атмосфери і навіть для птахів, що піднімаються на велику висоту, не перевищують 1/3 нормаль­ного.

Тільки незначна кількість видів адаптувалася до умов низь­кого тиску, але види, які живуть невисоко над рівнем моря, часто не можуть пристосовуватись до них. Наприклад, стенобатні домашні тварини – вівці, кролики й коти у високогір­них районах не виживають. А неможливість розмножуватися в горах коней, свиней і курей стало причиною пе­ренесення у XVI ст. столиці Перу з висоти 3500 м на узбережжя.