Экскурсии на водные экосистемы условия жизни водных организмов

Физические и химические свойства воды играют решающую роль в формировании тех приспособлений, которыми отличаются водные растения и животные.

Из физических свойств прежде всего следует назвать плотность воды. Природные воды имеют высокую плотность — до 1,35 г/см³, главным образом за счет растворенных в них солей (плотность воздуха 0,0012 г/см³).

Другим фактором является давление. В воде давление при погружении на каждые 10 м возрастает в среднем на 1 атм.

У воды высокая удельная теплоемкость (для нагревания 1 мл воды на 1 °С требуется 1 кал тепла). Она обеспечивает устойчивый температурный режим водоемов.

Вода характеризуется также большой скрытой теплотой плавления и самой высокой скрытой теплотой парообразования, что также содействует стабильности условий водной среды.

Существенным свойством воды является поверхностное натяжение, позволяющее отдельным видам животных передвигаться по поверхности воды.

Для растений и животных важную роль играет световой режим водоемов, который зависит от двух факторов: отражение солнечных лучей от поверхности воды и их поглощение водой. Не меньшее значение для них имеет прозрачность воды (в частности, для фотосинтеза зеленых растений).

Водная среда сравнительно бедна кислородом (в 21 раз меньше, чем в атмосфере). Количество его в водоемах зависит от температуры, перемещения слоев воды, а также от численности живущих в ней представителей растительного и животного мира.

Жизненно важное значение имеет насыщенность воды углекислым газом, который необходим для осуществления фотосинтеза водными растениями. Он участвует также в различных химических процессах, образуя карбонаты, которые используются водными животными для построения раковин и панцирей.

Химический состав воды характеризуется также насыщенностью ее солями. По количеству солей в воде она разделяется на пресную (менее 0,5 г солей на 1 л), морскую (в среднем 35 г на 1 л) и солоноватую воду, которая обладает промежуточной и часто весьма изменчивой соленостью.

Растения, постоянно живущие в воде, называют водными растениями. Флора высших водных растений Беларуси включает более 200 видов. Приспособления водных растений к среде обитания выражаются в следующем.

1. Водные растения отличаются большим развитием поверхности тела по отношению к массе (рассеченные на узкие мелкие доли листья, тонкие разветвленные стебли и пр.)

2. Для корней, стеблей и листьев водных растений характерны различные метаморфозы, т. е. видоизменения (например, кор-ни-якори, плавающие стебли, ловчие пузырьки-листья).

3. Внутреннее строение органов высших водных растений характеризуется наличием воздухоносной ткани — аэренхимы, недоразвитием проводящих и механических (опорных) тканей.

4. Подавляющее большинство видов водных растений — травянистые многолетники.

5. У водных растений преобладает вегетативное размножение (частями тела или специализированными зимующими поч-ками-турионами).

На Первой всесоюзной конференции по высшим водным растениям (1977 г.) была предложена классификация, включающая 3 основные группы:

1-я группа — погруженные растения,, весь жизненный цикл которых проходит под водой (неукореняющиеся виды — пузырчатка, роголистники; укореняющиеся в грунте водоема — эло-, дея, рдесты, уруть);

2-я группа — растения с плавающими листьями или побегами (неукореняющиеся виды — водокрас, сальвиния, ряска, мно-гокоренник; укореняющиеся в грунте водоема — кувшинка, кубышка, рдест плавающий);

3-я группа — воздушно-водные растения с побегами, часть которых находится в воде, а часть — над поверхностью воды (стрелолист, сусак зонтичный, ирис-касатик, рогозы, камыш озерный, тростник обыкновенный и др.).

Наиболее древняя и сравнительно просто устроенная группа водных растений — это водоросли. Водоросли относятся к низшим растениям, их вегетативное тело не расчленено на корень, стебель и листья. Это типично автотрофные организмы: благодаря наличию хлорофилла они способны усваивать на свету углекислый газ и синтезировать органические вещества из неорганических.

В зависимости от экологических условий водоросли в водоеме образуют отдельные группировки, или ценозы. Различают планктонные водоросли (фитопланктон), населяющие толщу воды. Это микроскопические формы, пассивно взвешенные в воде и не способные противостоять течениям. Приспособлениями к обитанию в воде кроме малых размеров служат жгутики, запасной продукт в виде капель жира в клетках, газовые вакуоли. Иногда планктонные водоросли вызывают «цветение» воды в мелких, хорошо прогреваемых солнцем водоемах. Фитопланктон водоема может состоять из зеленых, синезеленых, диатомовых водорослей.

Пруды, канавы и ямы характеризуются массовым развитием зеленых нитчатых водорослей из класса сцеплянок (спирогира, зигнема и др.). В поле зрения микроскопа клетки этих водорослей изумительно красивы, так как хроматофоры в них имеют правильную геометрическую форму и яркий зеленый цвет.

У лишенных активного движения форм увеличение плавучести достигается соответствующей формой тела и наличием разнообразных отростков. Это может быть плоская форма тела, или лентообразные колонии, или длинные шипы. У колониальных форм клетки могут слагаться в форме парашюта. Газовые вакуоли, капли жира также значительно уменьшают вес клеток водорослей из группы планктонных.

Сходные условия существования во взвешенном состоянии в толще воды вызвали одинаковые приспособления у целого ряда форм, далеких и совершенно не связанных родством.

Изучать планктонные водоросли нужно при помощи сильной лупы или микроскопа. Но иногда «цветение» воды бывает так сильно, что и простым взглядом можно рассмотреть отдельные экземпляры водорослей. Так, например, если в планктоне озер и прудов появляются колонии сценедесмуса или анкисродесмуса, на поверхности воды лежит как будто зеленая хвоя с елей сплошным покровом, но, приглядевшись, можно видеть отдельные пучки колоний этих водорослей.

«Цветение» воды — временное явление в жизни водоема.

Основное значение имеет температура воды, и главным приспособлением к ее переменам у большинства планктонных водорослей являются специальные покоящиеся клетки. Эти клетки покрываются толстой оболочкой и располагают большим запасом питательных веществ.

Бентосные водоросли (фитобентос) так или иначе связаны с дном водоема. Они прикрепляются к камням или другим твердым предметам на дне, стеблям высших растений. Часто на дне образуют густые заросли крупные харовые водоросли, жесткая на ощупь кладофора. Некоторые водоросли {например, спирогира) свободно лежат на дне водоема ночью, а днем, увлекаемые пузырьками кислорода, выделяющегося на свету при фотосинтезе в клетках водорослей, большими массами поднимаются на поверхность водоема — это так называемая тина.

Свет — могущественный фактор в распределении бентосных водорослей. В озерах с прозрачной водой (например, в озере Байкал) бентосные водоросли могут находиться на глубине до 70 м.

Животные, жизненный цикл которых связан с водной средой полностью или частично, имеют, так же как и растения, целый ряд приспособлений. Животные водоема, дышащие кислородом, растворенным в воде, имеют специализированные органы дыхания, приспособленные для извлечения кислорода из воды, — жабры. С их помощью дышат рыбы, головастики лягушек и тритонов, жаберные моллюски. Приспособлены к извлечению кислорода из воды и такие органы, как трахейные жабры (они присущи личинкам поденок, стрекоз и ручейников).

Животные, живущие в воде и дышащие атмосферным воздухом, имеют специальные приспособления для дыхания. Одни из них (жук-плавунец, водяной скорпион) дышат трахеями. Воздух поступает через дыхальца, количество которых сократилось до одной пары вместо десяти у наземных насекомых. Некоторые виды животных, в частности личинки водяного ослика, приспособились использовать воздух из тканей водных растений.

Легочные моллюски (большой прудовик, катушка) дышат атмосферным воздухом при помощи мантийной полости, выполняющей функцию легкого. Они систематически поднимаются к поверхности воды и, передвигаясь с нижней стороны поверхностной пленки, втягивают атмосферный воздух через единственное дыхательное отверстие.

Некоторые виды специально приспособлены к недостатку кислорода в воде. Так, у личинок комаров-дергунов (звонцов), называемых мотылем, кровь содержит гемоглобин (единственный случай среди насекомых), который служит не для переноса кислорода, а для его запаса путем прочного связывания. Это важное приспособление для жизни в анаэробных условиях.

Животные, ведущие малоподвижный образ жизни, обеспечивают движение воды вокруг себя для увеличения доставки кислорода организму. Так, двухстворчатые моллюски, благодаря движению ресничек, выстилающих стенки мантийной полости, обеспечивают постоянный приток воды. Ракообразные достигают этого же эффекта, шевеля грудными и брюшными ножками. Колебательные движения телом проделывают пиявки, прикрепляющиеся одним концом к твердому субстрату.

Водные животные имеют ряд приспособлений для питания в воде. У моллюсков пищевые частицы отцеживаются в мантийной полости системой ресничек. У личинок поденок волоски, покрывающие челюстные щупики и конечности, действуют наподобие ловчей сети. У ракообразных это конечности, превращенные в клешни для хватания корма, и ногочелюсти для его удержания. У личинок стрекоз это нижняя челюсть, превращенная в специальный орган для захвата добычи, называемый маской.

Приспособленность водных животных к питанию в воде проявляется в формировании определенных цепей питания в водоеме как экологической системе. В качестве продуцентов выступают водные растения и фитопланктон. В качестве консументов первого порядка выступают животные, составляющие зоопланктон (дафнии, циклопы), мальки рыб, личинки земноводных и растительноядные рыбы. Консументами второго порядка являются личинки насекомых (личинки стрекоз), жук-плавунец, мелкие плотоядные рыбы. Консументами третьего порядка являются позвоночные животные рыбы — земноводные, птицы и млекопитающие.

Приспособления, обеспечивающие передвижение животных в воде — плавники и хвосты у рыб, хвосты и неширокие плавнички у личинок лягушек, перепончатые лапы у водоплавающих птиц, веслообразные ноги у насекомых, ведущих водный образ жизни (гладыши). При помощи реактивной отдачи плавают личинки некоторых видов стрекоз, пиявки. Ползание по дну при помощи конечностей, снабженных коготками, осуществляют личинки некоторых насекомых, водяной паук, водные клещи. Путем волнообразных сокращений мускулов тела передвигаются брюхоногие моллюски. Скользят по поверхности воды водомерки, вертячки.

Характер среды сказывается на форме тела животных: многие животные, обитающие в быстрых потоках, имеют уплощенное или веретенообразное, легкообтекаемое тело. Напротив, животные, встречающиеся в стоячих водах, как правило, имеют необтекаемое, короткое тело.

Большая группа приспособлений внешней формы тела связана с защитой водных животных. Наиболее распространенными являются приспособления подражательного типа. Так, водяной скорпион похож на сухой лист, чехлики ручейников похожи на веточки, скопление песчинок, плоды ольхи, растительные остатки. Другое направление приспособлений — создание прочных «домиков», надежно защищающих животных: раковины у моллюсков, наружный панцирь у ракообразных.

Многообразна роль, которую играет растительность в жизни беспозвоночных и позвоночных животных водоема. Она обеспечивает животным газовый состав воды, в которой они обитают, служит кормом, защитой и хорошим укрытием. В той или иной степени питаются водной растительностью такие представители беспозвоночных, как нематоды, брюхоногие моллюски, ракообразные, жуки, двукрылые, бабочки. Причем отдельные виды питаются определенным видом растений: одни — листьями кувшинки, кубышки, другие — листьями тростника, третьи — стрелолистом, четвертые — осокой. Водные растения служат кормом для многих водоплавающих птиц.