Экологическое значение солености и солевого состава воды

Цель работы: ознакомиться с особенностями населения водоемов различной солености.

Наибольшее экологическое значение для жизни водного населения имеют вещества, содержащиеся в природной воде: растворенные газы (кислород, углекислота, азот, сероводород, метан и др.), ионы минеральных солей (анионы Cl^-1, S0₄^-2, НСО₃^-1, Br^-1, СО₃^-2, F₂^-1 и катионы Na⁺¹, Mg⁺², Са⁺², К⁺¹ и Sr⁺²), водородные ионы, биогенные элементы (соединения азота, фосфора, кремния), микроэлементы (прочие элементы, содержащиеся в малых количествах), органические вещества, взвешенные вещества; их состав и концентрация. Основную долю растворенных веществ океана образуют хлориды (88,7%), в речной воде преобладают карбонаты (до 80%). Гидробионты способны избирательно поглощать и концентрировать в своих телах различные химические элементы, присутствующие в воде в ничтожно малых количествах. Для живых организмов имеет значение, как общая соленость, так и концентрация биологически активных элементов.

Полная масса всех солей в граммах, содержащихся в 1 кг воды называется соленостью; выражается она в тысячных долях – промилле (‰). По концентрации солей водоемы подразделяют на пресные, солоноватые, морские и гипергалинные (пересоленные). Жизнь существует практически во всем спектре солености природных вод, от слабоминерализованной воды северных озер (0,01‰) до водоемов с самоосадочной солью (около 300‰). Переход организмов из одних водоемов в другие затруднен из-за разницы ионного состава среды и осмотических давлений. Существует барьер «критической солености» – от 5 до 8‰, препятствующий распространению эвригалинных пресноводных и морских организмов. Содержание отдельных ионов имеет наибольшее значение для животных и растений, населяющих замкнутые водоемы, а также для обитателей эстуариев и лиманов, где соотношение элементов может значительно отличаться от океанической воды.

К пресным относятся водоемы с соленостью менее 0,5‰ (реки, озера, водохранилища, болота, лужи и т.д.). Население пресных водоемов имеет следующие особенности: качественную бедность, по сравнению с морской флорой и фауной; широкое географическое распространение и морфологическую изменчивость, свойственную многим видам; большое число меропланктонных, нектобентосных, амфибионтных и вторично-водных видов.

Эстуарии, внутренние моря с низкой соленостью (Балтийское, Азовское, и др.) относятся к солоноватоводным бассейнам. Соленость солоноватых вод, лежит в пределах от 0,5 до 30‰. Для солевого режима этих водоемов характерны значительные колебания. Население солоноватоводных водоемов формируется из 3-х групп организмов: эвригалинных пресноводных, эвригалинных морских и специфических солоноватоводных форм. Для населения солоноватых вод характерно малое видовое разнообразие при значительном количественном развитии («парадокс солоноватых вод»).

Соленость морских вод – 30-40‰. Средняя соленость океанических вод – 35‰. Годовой ход солености характеризуется минимумом летом и максимумом зимой. В устьях рек и при ливнях в полузакрытых бухтах вода иногда сильно опресняется. С увеличением глубины соленость, как правило, возрастает (весна-осень) или остается постоянной (зима). Колебание солености связано также с образованием льда, когда соленость достигает наиболее высоких значений, и его таянием, вызывающим опреснение прибрежных вод.

Водоемы с соленостью 40‰ и более являются гипергалинными (пересоленными). Гипергалинные водоемы могут быть морского (озеро Сиваш) и континентального происхождения (Мертвое море). Гипергалинные водоемы морского происхождения с соленостью 40-70‰ населены эвригалинными морскими видами.

По отношению к солености организмы делятся на стеногалинные и эвригалинные. Стеногалинные организмы не выносят больших колебаний солености. К числу стеногалинных организмов относятся большинство типично пресноводных и типично морских форм (сифонофоры, коралловые полипы, мечехвосты и т.д.). Население абиссальных глубин является стеногалинным.

Организмы, способные существовать в сравнительно широком диапазоне солености, образуют группу эвригалинных. Эвригалинным является население эстуариев, литоральные виды. Адаптация гидробионтов к изменениям солености в водоемах идет по двум направлениям: выработка эвригалинности и выбор мест обитания с постоянной соленостью.

Обилие гидробионтов в водоемах той или иной солености связано с их способностью к осморегуляции.

Водный обмен организма со средой складывается из двух противоположных процессов: поступление воды в организм и отдача ее во внешнюю среду. Выведение воды происходит с мочой и экскрементами, а также путем испарения.

Водный обмен тесно связан с солевым. По характеру водно-солевого обмена гидробионты довольно четко делятся на пресноводных и морских, хотя некоторые эвригалинные формы могут обитать и в тех и в других условиях.

Для всех первичноводных (первичноводные – организмы, эволюция которых на протяжении всех геологических эпох происходила в воде, вторичноводные – их предки были обитателями суши) организмов характерно наличие проницаемых для воды покровов, поэтому различие осмотической концентрации водной среды и жидкости организма создает осмотический ток воды в сторону большего осмотического давления. Результат осмотических процессов неодинаков для обитателей разных типов водоемов.

У большинства обитателей морских водоемов концентрация солей в организме близка к таковой окружающей среды, а благодаря проницаемости покровов любые изменения солености немедленно уравновешиваются осмотическим током воды. Такие организмы принято называть пойкилоосмотическими. Таковы практически все цианобактерии и низшие растения, а также большинство морских беспозвоночных животных, последних часто называют осмоконформерами. В противоположность им, животные, способные к активной регуляции осмотического давления жидкостей тела, поддерживают относительное постоянство этого параметра внутренней среды независимо от окружающей воды, таких животных называют гомойосмотическими, или осморегуляторами. Осморегуляция (осмос – толчок, давление) совокупность физико-химических процессов, обеспечивающих относительное постоянство концентрации осмотически активных веществ во внутренней среде организма животных. Пресноводные беспозвоночные и рыбы вынуждены регулировать солевой состав и осмотическое давление внутренней среды. Помимо пресноводных гомойосмотическими являются морские рыбы, и население гипергалинных водоемов Осмотическая регуляция гидробионтов делится на гипертоническую и гипотоническую.

Материалы и оборудование: морские, пресноводные, ультрагалинные и солоноватоводные планктонные и бентосные организмы, плакаты, фотографии, кюветы, бинокулярный микроскоп, препаровальные иглы, чашки Петри, определители.

Порядок выполнения работы:

1) выполнить определение до рода или вида, указать систематическое положение каждого организма;

2) исследовать особенности морфологии, зарисовать схему внешнего строения определяемых животных;

3) пользуясь информацией об экологии и распространении изучаемых животных, изложенной в литературе, установите а) к какой экологической группе они относятся; б) какие из исследуемых организмов являются эвригалинными, какие стеногалинными. Объясните, почему вы так думаете?

Контрольные вопросы:

1. Гипотезы о происхождении населения пресных вод.

2. В каких диапазонах солености обитают представители специфических солоноватоводных видов? Приведите примеры организмов этой группы.

3. При какой солености обитают галобионты? Назовите представителей этой группы.

4. Как реагируют на изменяющуюся соленость среды гомойосмотические организмы?