10.2. Водная среда обитания

Водная среда – это совокупность поверхностных и подземных вод. Водная среда различается по своей температуре, содержанию растворенных солей, но для нее характерны некоторые общие черты. Это – незначительный перепад температур, особенно на больших глубинах, малое содержание кислорода, высокая плотность среды, её подвижность и резко убывающая освещенность. Обитатели водной среды называются гидробионтами.

Плотность воды в 800 раз больше плотности воздушной среды. Пресная вода обладает максимальной плотностью при 4 оС. В среднем

вводной толще на каждые 10 м глубины давление возрастает на 1 атмосферу. Плотность воды обеспечивает возможность живым организмам опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм. Опорность воды служит условием парения в воде.

Наличие высокого поверхностного натяжения приводит к тому,

что на поверхности воды образуется тонкая пленка. Этим пользуются для передвижения водные беспозвоночные (водомерки, вертячки), скользящие по водной поверхности лишь прогибая воду, образуя вогнутый мениск.

Водная среда отличается меньшим притоком тепла, поэтому гидробионты стенотермны, то есть приспособлены к существованию

вузком диапазоне температур. Для гидробионтов очень опасно тепловое загрязнение. Большинство обитателей водной среды являются пойкилотермными – температура их тела изменяется в соответствии с температурой окружающей среды.

Термодинамические особенности среды, такие как высокая удельная теплоемкость, большая теплопроводность и уменьшение плотности при замерзании (при этом лед образуется только сверху, а основная масса воды не промерзает), создают благоприятные условия для живых организмов.

Важным фактором водной среды является её кислотность. В пресноводных водоёмах значение рН воды значительно изменяется в течение суток. Днем углекислый газ расходуется в процессе фотосинтеза, рН воды увеличивается, а ночью в воду поступает большое количество углекислого газа в результате дыхания растений, рН воды уменьшается. Морская вода из-за содержания в ней солей натрия, калия, кальция имеет щелочную реакцию среды, суточные колебания кислотности в ней менее выражены. С глубиной рН воды уменьшается.

109

Водоемы с рН 3,7 – 4,7 – кислые; 6,95 – 7,3 – нейтральные; более 7,8 – щелочные. Большинство пресноводных рыб выдерживают рН от 5 до 9.

Световой режим и прозрачность воды зависят от общего количества солнечного света, падающего на водную поверхность. Часть его отражается, часть поглощается толщей воды. С глубиной изменяется спектральный состав воды, поскольку волны разной длины в разной степени поглощаются водой. Первыми исчезают красные лучи, затем зеленые, синие. Растения приспосабливаются к этому, вырабатывая специальные пигменты. На поверхности воды растения преимущественно окрашены в зелёный цвет. В более глубоких зонах встречаются бурые водоросли, содержащие кроме хлорофилла бурые пигменты фикофеин, фукоксантин и др. Еще глубже обитают красные водоросли, имеющие пигмент фикоэритрин. Это явление получило название хроматической адаптации. Для водных растений и частично погруженных характерна гетерофилия, т.е. различие строения надводных и подводных органов у одного растения.

Поглощение света в воде тем сильнее, чем меньше ее прозрачность. Прозрачность воды в свою очередь обусловлена наличием в ней частиц минеральных веществ (глины, ила). Уменьшается прозрачность воды при бурном разрастании водной растительности в летний период или при массовом размножении мелких организмов, находящихся в поверхностных слоях во взвешенном состоянии. Самые прозрачные воды в Саргассовом море – свет проникает на глубину до 66,5 м, а прозрачность Сырдарьи и Амударьи составляет всего несколько сантиметров.

Солевой режим формируется под влиянием естественноисторических и геологических условий, а также при антропогенном воздействии. По общей минерализации воды подразделяются на:

–пресные – до 1 г/л;

–солоноватые – 1 – 25 г/л;

–морской солености – 26 – 50 г/л;

–рассолы – более 50 г/л.

Наиболее важными из растворенных веществ являются карбонаты, сульфаты, хлориды кальция, магния, натрия, калия. В зависимости от содержания ионов кальция в пресной воде воды подразделяют на мягкие (менее 7 мг/л) и жесткие (более 25 мг/л). Соленость является ограничивающим фактором. Если разность между концентрацией клеточного сока растений и окружающей морской воды велика (осмотический градиент), то существует опасность либо обезвоживания тка-

110

ней, либо их избыточного обводнения. У растений концентрация соков и осмотическое давление обычно несколько выше, чем в окружающей морской воде, что обеспечивает тургор тканей. Избыточному обводнению противостоит механическое (тургорное) давление. Большинство организмов могут существовать в узком диапазоне концентрации растворенных солей, то есть являются стеногалинными. Лишь некоторые виды рыб, например лососевые, приспособлены к значительным колебаниям солености воды. Такие рыбы относятся к проходным, то есть большую часть жизни проводят в море, а на нерест перемещаются в пресноводные реки.

Газовый режим определяется в первую очередь концентрациями кислорода и углекислого газа. Кроме них в воде имеются сероводород, метан и др.

Кислород поступает в воду из воздуха и выделяется растениями

впроцессе фотосинтеза. Содержание кислорода обратно пропорционально температуре: при повышении температуры содержание кислорода в воде уменьшается. Наиболее богаты кислородом холодные подвижные воды водопадов, горных рек. Именно по этой причине холодные воды северных морей отличаются большим биоразнообразием, тогда как теплые воды экваториальных морей относительно пустынны. Но даже в чистых холодных водах содержание кислорода не превышает 1%, так как кислород плохо растворим в воде.

Среди животных встречаются как эвриоксибионты (могут жить

вшироком диапазоне концентраций кислорода), так и стенооксибионты (приспособленные к определенному значению концентрации кислорода и не способные переносить значительных колебаний этой величины). Многие виды живых организмов способны при недостатке кислорода впадать в неактивное состояние аноксибиоз.

Дыхание гидробионтов осуществляется как через всю поверхность тела, так и через специализированные органы: жабры, легкие, трахеи. У некоторых встречаются комбинированные органы дыхания, например у двоякодышащих рыб. Вторичноводные животные сохраняют обычно атмосферный тип дыхания как энергетически более выгодный и поэтому нуждаются в контактах с воздушной средой.

Углекислый газ поступает в воду в результате растворения из воздуха, в результате дыхания гидробионтов, разложения органических остатков, высвобождения из карбонатов. Он лучше растворяется

вводе, чем кислород. Содержание углекислого газа в воде в 700 раз больше, чем в воздухе. Морская вода – главный резервуар углекисло-

111

го газа на планете. Углекислый газ принимает участие в формировании известковых скелетных образований беспозвоночных животных, обеспечивает фотосинтез водных растений.

Растения и животные, обитающие в водной среде, приспосабливаются к её особенностям. У растений слабо развиты проводящие ткани, так как воду и минеральные вещества они поглощают всей поверхностью листьев; слабо развиты механические ткани, так как высокая плотность среды способствует плавучести растений. Большая поверхность листьев способствует усиленному газообмену. Широко распространено вегетативное размножение, так как водная среда затрудняет перенос семян и пыльцы.

Приспособления животных отличаются в зависимости от того, плавают ли они в толще воды, обитают на дне или находятся на по-

верхности. Из анатомо-морфологических особенностей можно выде-

лить следующие:

-у мелких форм, живущих в толще воды – редукция скелета, образование полостей в скелетных образованиях, раковинах (радиолярии, ризоподы);

-наличие большого количества воды в тканях – медузы;

-скопление капелек жира в теле (ночесветки, радиолярии), крупные скопления жира – ракообразные, рыбы, китообразные;

-наличие плавательных пузырей, наполненных газом у рыб;

-развитие воздухоносных полостей;

-увеличение площади поверхности тела у планктона;

-расположение дыхательного отверстия, например у дельфинов

втеменной части головы, что позволяет сделать вдох, не замедляя движения;

-использование поверхностного натяжения воды для движения

– водомерки, жуки-вертячки;

-активное плавание при помощи ресничек (инфузориятуфелька, инфузория-трубач), жгутиков (эвглена зеленая), изгибания тела (миноги, миксины, угорь), реактивным способом за счет энергии выбрасываемой струи (головоногие моллюски, наутилус), перемещение при помощи ложноножек (саркодовые), специализированных плавательных конечностей (плавники рыб, ласты млекопитающих);

-обтекаемая форма тела у активно плавающих;

-покрытие тела слизью, уменьшающей трение;

-некоторые рыбы способны к полету (летучая рыба, клинобрюшка) на расстояние до 400 м;

112

-только в водной среде встречаются неподвижные, ведущие прикрепленный образ жизни, животные: гидроиды, коралловые полипы, морские лилии, двустворчатые моллюски и др. У них разветвленная форма тела, хорошо развитые жабры, незначительная плавучесть;

-у глубоководных специфические черты: они, как правило, незрячи или имеют телескопические глаза, усиленно развиты осязательные рецепторы, окрашены в красный цвет или бесцветны, не имеют плавательного пузыря, как правило, имеют причудливую форму, большие рты, светящиеся органы, растягивающиеся животы, все, что способствует поглощению пищи любого размера в темноте. Их разнообразие связано со стабильностью экосистем в течение длительного исторического времени, что позволило сохраниться древним видам;

-приспособления формы тела, маскирующие под предметы окружающей среды (рыба-игла, морской конек, рыба-лист, скорпеновые);

-наличие боковой линии у рыб – органа, с помощью которого рыбы ориентируются в водной среде.

Физиологические особенности, позволяющие живым организ-

мам приспосабливаться к обитанию в водной среде:

-сложный механизм водно-солевого обмена. Наличие специальных органов для удаления избытка воды: пульсирующие вакуоли, органы выделения;

-удаление солей у морских организмов через жаберные лепестки;

-ротовой аппарат цедильного типа (кишечнополостные, моллюски, ланцетник, иглокожие, ракообразные). Благодаря такой особенности гидробионты играют важную роль в очистке водоемов;

-способность улавливать звуки (до ультразвука), способность к эхолокации;

-способность к генерированию электричества (электрический скат, электрический угорь);

-наличие развитых хеморецепторов.

Поведенческие особенности:

-вертикальные перемещения (суточные, для нереста, охоты);

-горизонтальные перемещения (нерестовые, зимовальные, нагульные);

-способность к строительству (паук-серебрянка, осьминоги, личинка ручейника);

-специфическое поведение жителей пересыхающих водоемов, способных переносить длительные периоды без воды в состоянии гипобиоза (пониженной жизнедеятельности).

113