Контрольні запитання

1. Водна оболонка та водний баланс планети Земля.

2. Екологічні зони бенталі і пелагіалі Світового океану.

3. Умови життя в Світовому океані – грунти.

4. Умови життя в Світовому океані – рух води.

5. Умови життя в Світовому океані – температура і світло.

6. Умови життя в Світовому океані – солоність, біогени кисень.

7. Населення Світового океану – особливості поширення.

8. Населення Світового океану – населення пелагіалі.

9. Населення Світового океану – населення дна.

10. Населення Світового океану – населення різних широт і глибин.

11. Біологічна структура Світового океану.

12. Континентальні водойми та їх населення - річки.

13. Континентальні водойми та їх населення - озера.

14. Континентальні водойми та їх населення - болота.

15. Континентальні водойми та їх населення - штучні водойми.

16. Континентальні водойми та їх населення - підземні води.

Лекція 4. Життєві форми населення гідросфери

План лекції

1. Планктон і нектон.

1.1. Плавучість.

1.2. Рухливість.

1.3. Міграції.

2. Бентос і перифітон.

2.1. Утримання на твердому субстраті.

2.2. Захист від засипання.

2.3. Рух.

2.4. Міграції.

3. Нейстон і плейстон.

3.1. Нейстон.

Гідробіонти мешкають у товщі води, на грунті та інших твердих субстратах, в поверхневій зоні, що контактує з атмосферою, на плівці поверхневого натягу води. В кожному з цих біотопів, що характеризуються різними умовами, населення набуває ряд специфічних адаптивних рис, утворюючи ті чи інші життєві форми. В пелагіалі вони представлені планктоном і нектоном, на твердих субстратах – бентосом і перифітоном, на поверхневій плівці води та поблизу її – нейстоном і плейстоном.

1. Планктон і нектон.

Мешканці пелагіалі утворюють найбільш характерні життєві форми (планктон і нектон), яким немає аналогів на суходолі. Птахи й комахи рано чи пізно сідають на тверду поверхню, з якою нерозривно пов’язане їх життя. Пелагічні організми, особливо мешканці океанських просторів, ніколи не залишають товщу води, в якій відбувається весь життєвий цикл. Біотоп пелагіалі – будь-який об’єм води , що підтримує однорідний набір організмів. Через те, що водні маси не лишаються на одному місці, біотопи пелагічних організмів виявляються рухливими, змішуються з іншими біотопами та пересуваються в географічних координатах. Цим вони різко відрізняються від біотопів бенталі та суходолу.

За розмірними ознаками планктон поділяється на мегало-, макро-, мезо-, мікро- та нанопланктон (megalos – величезний, makros - крупний, mesos - середній, mikros - маленький, nannos - карликовий) до яких відповідно відносяться організми довжиною більш ніж: 1 м, 1-100 см, 1-10 мм, 0,05-1 мм та дрібніші за 0,05 мм.

Своєрідною життєвою формою є кріопланктон – мешканці талої води, що утворюється в тріщинах льоду та пустотах снігу. Вдень ці організми (джгутиконосець Сhlamydomonas nivalis, який забарвлює сніг в червоний колір, або Аncylonema nordenskjöldii, що надає йому зеленого забарвлення) ведуть активний спосіб життя, а вночі вмерзають в лід.

Пристосування планктону і нектону до пелагічного способу життя поягають перед усім у забезпеченні плавучості – розвитку адаптацій, що уповільнюють занурення. Інший ряд адаптацій спрямований на забезпечення ефективності активного пересування у воді (особливо – нектон). Притаманними для планктону є вертикальні міграції, а для нектону й горизонтальні.

1.1. Плавучість. Флотація (плавучість) – це занурення з найменшою швидкістю. Формула плавучості: a=b/c·d, де а – швидкість занурення, b – залишкова вага (різниця між вагою організму та вагою витісненої ним води), с – в’язкість води, d – опір форми. Звідси видно, що можна збільшити плавучість, підвищуючи тертя об воду та зменшуючи залишкову вагу.

Оскільки зі зменшенням розміру тіла його питома поверхня збільшується, найбільш характерна риса планктону – дрібні або навіть мікроскопічні його розміри. Крім того, збільшення питомої поверхні організмів досягається їх сплощенням, сильним розчленуванням, утворенням різноманітних виростів, шипів, та придатків, які можуть нести ще й захисну функцію.

З сезонними коливаннями температури води, що супроводжуються змінами її щільності та в’язкості, пов'язаний цикломорфоз (коловертки, ракоподібні тощо).

Зниження залишкової ваги. Щільність води змінюється зі зміною температури і солоності. У звязку з цим планктони регулюють свою питому вагу так, щоб вона наближалася до питомої ваги води. Адаптації до зниження питомої ваги досягяються: а) редукцією важких скелетних утворень (пелагічні молюски, кишковопорожнинні, найпростіші, черепахи тощо); б) видалення з тіла важких продуктів метаболізму (сульфат-йону, важких металів) та накопиченням легких. Поширений спосіб зменшення питомої ваги – накопичення жиру (ще й теплоізолятор та запас поживних речовин).

Дуже ефективний засіб підвищення плавучості – газові пухирці в цитоплазмі (водорості, найпростіші) або утворення спеціальних повітряних камер (бурі водорості, гідри, сифонофори, головоногі молюски, личинки комах, риби тощо).

Один з поширених способів зниження залишкової ваги полягає в підвищенні вмісту води (найчастіше – прісної) в тілі. Її кількість сягає у деяких медуз, сальп, реброплавів та молюсків 99%.

1.2. Рухливість. Найчастіше рух у товщі води проявляється у формі плавання, рідше – стрибання та ковзання.

Рух за рахунок роботи джгутиків і війок притаманний найпростішим та личинкам безхребетних і ефективний при невеликих (50-800 мкм) розмірах організмів. Ряди щетинок на лапках водних комах – більш ефективний засіб пересування у воді.

Рух за рахунок згинання (у вертикальній площині – пиявки, немертини, китоподібні; або горизонтальній – личинки комах, риби, амфібії, плазуни) тіла. При другому типі швидкість вища (меч-риба – 130 км/год).

Досить ефективне плавання реактивним способом (медузи, молюски, личинки бабок). Особливо досконало реактивний рух організований у головоногих молюсків, як можуть розганятися до 40-50 км/год і вистрибувати з води, рятуючись від хижаків.

Для забезпечення швидкості руху у гідробіонтів виробилася обтічна форма тіла з мінімальним лобовим опором. Паралельно розвиваються рулі, які забезпечують керування рухом тіла в горизонтальній та вертикальній площинах. У риб рулями глибини є плавці та хвіст. Хвіст може бути ізобатичним, або гомоцеркальним (оселедцеві, коропові), епібатичним, або гетероцеркальним (осетрові, акули) та гіпобатичним (летючі риби).

Забезпеченню високої швидкості руху сприяє виділення слизу, що зменшує тертя (головоногі, риби) та специфічна будова шкіри тварин (дельфіни).

Плаваючі тварини можуть мати негативну або позитивну плавучість, відповідно чому повинні мати пристосування, які б перешкоджали у першому випадку зануренню, а в другому – виштовхуванню з води. У звязку з цим тіло тварин з негативною плавучістю, як правило, більш опукле зверху, ніж знизу, в результаті чого під час їх руху утворується підіймальна сила, що нейтралізує сили залишкової ваги; у тварин з позитивною плавучістю тіло більш опукле знизу (виняток ластоногі) і під час їх руху виникає заглиблююча сила. Це заощаджує енергію на забезпеченні плавучості.

Здатністю до стрибальних рухів володіють коловертки, личинки комах, риби, ссавці.

Здатні літати багато головоногих та риб. Кальмар довжиною 30-40 см, розігнавшись у воді, може пролетіти над нею понад 50 м зі швидкістю 50 км/год. Розігнавшись у воді, летючі риби вискакують з неї і, плануючи на надзвичайно розвинених грудних плавцях, можуть триматися в повітрі біля 10 сек, пролітаючи відстань до 100 м.

Ковзаючим рухом, за рахунок контакту рухливої цитоплазми з водою, пересуваються діатомові водорості.

1.3. Міграції – це масові переміщення живих організмів, що регулярно повторюються в просторі і часі. Міграції відбуваються у вертикальному та горизонтальному напрямах, забезпечуючи особинам популяцій знаходження в тих частинах ареалу, де в даний час склалися найсприятливіші умови. Це забезпечує популяціям можливість мобільно і раціонально використовувати природні ресурси.

В е р т и к а л ь н і м і г р а ц і ї – це переміщення мільярдів тон гідробіонтів на десятки і сотні метрів від поверхні в глибину і назад. В них приймають участь як планктонні, так і нектонні організми. Вертикальні міграції можуть бути пов’язані зі змінами освітленості, температури, солоності, газового режиму тощо. Зовнішні фактори впливають на гідробіонтів або безпосередньо (опріснення зовнішнього шару моря дощем, хвилювання моря), або опосередковано, як сигнальний фактор (світло, температура, солоність).

Добові вертикальні міграції притаманні як прісноводним, так і морським пелагічним організмам, але в останніх розмах більший. В прісних водах, де вода меш прозора, амплітуда міграцій зазвичай невелика (у Сladocera – 0,87 м), а в морських пелагічних організмів може сягати кількох сот метрів. Швидкість руху по вертикалі безхребетних мігрантів сягає сотень метрів за годину (у дафній – 9 см/хв, каланід – до 3-5 м/хв).

Добові переміщення планктону вглиб, де мало світла, мають в основному захисне значення, а спливання вгору – кормове. Можливі й інші причини. Дрібні ракоподібні, що мешкають в заростях водоростей, вночі спливають до поверхні через нестачу О2 та надлишок СО2. Зі зміною концентрації О2 в ставках пов’язані міграції веслоногих раків.

Є припущення, що нічний підйом в більш теплі поверхневі шари води каспійської кільки пов'язаний з покращенням умов перетравлення їжі. Добові вертикальні міграції притаманні також багатьом медузам, сальпам та рибам – основним споживачам планктону.

З вертикальними міграціями мешканців пелагіалі пов’язані зміни в розміщенні глибинних звукорозсіюючих шарів. Ехолоти на глибинах 300-500 м реєструють подобу «дна» внаслідок розміщення тут скупчень організмів (ракоподібних, сифонофор, риб), що відбивають звук і створюють ілюзію існування «мілководдя». Багато звукорозсіючих шарів здійснює добові міграції.

Сезонні та вікові вертикальні міграції пов’язані з сезонними змінами різних гідрологічних показників та з фізіологічними змінами організмів (періоди розмноження, зміна харчування, освітлення тощо).

Г о р и з о н т а л ь н і м і г р а ц і ї здійснюють головним чином представники нектону, особливо риби та ссавці. Міграції, спрямовані з відкритого моря до його берегів та в річки, називаються анадромними, а навпаки – катадромними (аna – вгору, kаta – вниз, dromeion - бігти). Йдуть на нерест з моря риби (осетрові, лососеві тощо), періодично підходять до берегів океанічний оселедець, тріска. З рік в моря йдуть на нерест вугрі (з річок Північної Європи до Саргасового моря, 7-8 тис км).

За біологічним значенням виділяють кормові, нерестові та зимувальні міграції, причому вони часто комбінуються. Весною з Чорного моря входять на відгодівлю в Азовське величезні косяки хамси, восени повертаються назад на зимівлю в більш теплі води.