1. ГИДРОСФЕРА КАК АРЕНА ЖИЗНИ. ГИДРОБИОЛОГИЯ, ПРЕДМЕТ, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ, ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ, МЕТОДЫ, ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ ГИДРОБИОЛОГИИ

1.1. Гидросфера как арена жизни

На планете Земля всё живое от бактерий до самых совершенных организмов вместе со средой обитания образуют биосферу. Биосфера включает экосистемы атмосферы, гидросферы, верхней части литосферы. Верхней границей биосферы является озоновый экран – слой озона в атмосфере на высоте 20 км от поверхности Земли, который задерживает большую часть ультрафиолетового излучения солнца, губительного для всего живого. Нижняя граница биосферы в литосфере проходит на глубине около трёх километров от поверхности и определяется температурой земных недр, при которой жизнь невозможна (1000 С). В гидросфере жизнь распространена до самых глубин океана. Однако в пределах этих границ жизнь распространена неравномерно и сосредоточена в основном на земной поверхности и вблизи от неё, а в Мировом океане – это планктонный приповерхностный слой. Эти густые скопления живых организмов Вернадский назвал плёнками жизни.

Наиболее широкой ареной жизни является гидросфера.

Во-первых, потому, что 2/3 поверхности Земли (71%) приходится на водное зеркало. Это океаны, моря, реки, озёра, водохранилища, пруды, лужи, наконец. А если принять во внимание подземные воды, которые распространены повсеместно, то окажется, что гидросфера практически покрывает всю Землю.

Во-вторых, живые организмы населяют всю гидросферу – до дна самых глубоких океанических впадин (более 11 км).

В-третьих, вода имеет огромное значение для жизни организмов. Вода входит в состав клеток и тканей организмов в значительном количестве. Все биохимические реакции в организмах протекают в водной среде. Без воды жизнь не возможна.

В-четвёртых, вода обладает рядом физико-химических свойств, отличающих её от других сред:

а) высокая удельная теплоёмкость, т. е. вода поглощает очень большое количество тепла;

б) малая теплопроводность, т. е. вода отдаёт в окружающую среду тепло очень медленно и постепенно, что обусловливает относительное постоянство температуры гидросферы, а это имеет большое значение для гидробионтов, которые в большинстве своём являются хладнокровными, т. е. температура их тела зависит от температуры окружающей их воды, а значит и обмен веществ и все жизненные процессы в организме определяются средой обитания. Тепла в воде запасается значительно больше по сравнению с сушей и тем более с атмосферой. Так при понижении температуры одного литра воды на один градус выделяется количество тепла, которого достаточно, чтобы повысить на один градус более 3000 л воздуха. Поэтому океаны и моря, а также тёплые

3

течения оказывают огромное влияние на климат прилегающих к морю областей;

в) вода расширяется при замерзании в противоположность большинству других веществ, которые наоборот сжимаются при охлаждении. Благодаря расширению при замерзании воды лёд имеет меньший удельный вес, чем вода, и держится на её поверхности, защищая нижележащие слои воды и гидробионтов от промерзания. Однако, с другой стороны, ледяной покров приводит к заморам – массовой гибели гидробионтов от недостатка кислорода в воде;

г) вода имеет большую плотность (1000 кг/м3), чем воздух (1,3 кг/м3). Поэтому гидробионты пребывают в толще воды во взвешенном состоянии. Для них нет надобности иметь в этих условиях мощных скелетов и других опорных органов, как это имеет место у наземных организмов. И многие гидробионты имеют мягкое студенистое тело (сифонофоры, гребневики, медузы);

д) текучесть – тоже очень важное свойство воды, которое играет большую роль в жизни водных организмов. В результате различных перемещений воды происходит распределение в бассейнах газов, растворённых органических и минеральных веществ, температуры, перераспределение и формирование донных осадков. Вертикальная текучесть воды (циркуляция) способствует перемешиванию поверхностных и глубинных слоёв воды, перемещению вглубь газов, растворённых веществ, тепла. Вертикальная циркуляция воды особенно интенсивна на мелководье. Поэтому наиболее богаты жизнью прибрежные районы и отмели (банки) до глубины 150-200 м. В зоне шельфа, которая составляет всего 8% акватории Мирового океана, сосредоточено 86% мирового промысла. Текучесть воды играет большую роль в расселении организмов. Течения переносят на сотни и тысячи километров животных, их яйца и личинок, растения и их споры;

е) в воде меньше, чем в воздухе содержится кислорода. Поэтому большая часть гидробионтов – холоднокровные формы, у которых процессы обмена веществ происходят менее интенсивно, чем у теплокровных животных. При дыхании у них выделяется не столь много энергии, чтобы поддерживать постоянство температуры тела;

ж) вода – прекрасный растворитель. В воде растворяются минеральные и органические вещества, что оказывает влияние на водно-солевой обмен организма. Кроме того, питательные вещества, растворённые в воде, усваиваются организмами всей поверхностью тела, т. е. осмотическое питание. В воде растворены вещества-сигналы, что обусловливает химическую коммуникацию гидробионтов;

з) у воды большая оптическая плотность. Это значит, что свет рассеивается в водной толще. На больших глубинах морей и океанов кромешная тьма. Гидробионты приспособились жить в таких условиях, выдерживая при этом и огромное давление вышележащих слоёв воды.

4

1.2. Особенности населения гидросферы

Только в гидросфере существуют прикреплённые и малоподвижные животные, существование которых возможно благодаря подвижности воды, приносящей пищу и кислород, уносящей метаболиты и переносящей гаметы и личинок этих животных.

Большинство гидробионтов – холоднокровные формы. Только гидробионтам характерно осмотическое питание.

Все типы животных и большинство их классов представлены в гидросфере.

В гидросфере зоомасса резко преобладает над фитомассой, в то время как на суше наблюдается обратная картина. Это объясняется тем, что в воде растения представлены преимущественно микроскопическими водорослями, которые в расчёте на единицу массы фотосинтетически более продуктивны, чем наземные растения, не имеющие хлорофилла в корнях и стволах. Поэтому за счёт единицы фитомассы как продуцента первопищи в воде может существовать больше животных, чем на суше. Кроме того, биомасса растений в гидросфере представлена мягкими, доступными для поедания тканями в отличие от древесины, из которой в основном состоит биомасса наземных растений.

Малые размеры, характерные для водных растений, свойственны и большинству планктонных животных.

1.3. Предмет и цель гидробиологии как науки

Гидросфера с её населением играет в жизни человека огромную роль. Так, водоёмы используются для питьевого и технического водоснабжения, рыборазведения, как зоны отдыха, для целей энергетики, транспорта. И по мере освоения гидросферы большое значение приобретают биологические исследования её для оптимизации природопользования и охраны среды. Такое изучение составляет предмет экологической науки гидробиологии ( от греч. гидро – вода, логос – слово, наука).

Гидробиология – наука о жизни в воде. Как наука экологическая гидробиология изучает взаимодействие обитателей вод, их популяций и сообществ – биоценозов друг с другом и неживой природой. Изучение особей отдельных видов занимает в современной гидробиологии подчинённое положение. На первый же план выдвигаются популяционные и биоценотические исследования – изучение популяций и биоценозов в гидросфере, а также – водных экосистем, представляющих собой единство биоценозов с их средой. Это есть путь к управлению живой природой. Целью науки гидробиологии является управление водными экосистемами. Чтобы управлять ими, надо сначала изучить их структуру и функционирование.

5

1.4. Задачи гидробиологии

Чтобы достигнуть цели и управлять водными экосистемами надо выполнить ряд задач:

-научиться рационально использовать водные биоресурсы;

-повысить продуктивность водных биоресурсов;

-искусственно воспроизводить рыб, промысловых беспозвоночных, водорослей;

-исследовать биологические последствия загрязнения водоёмов и процессы самоочистки вод;

-разработать меры устранения загрязнения и охраны водоёмов от загрязнения;

-бороться с обрастанием судов и водозаборных труб ГРЭС, АЭС.

Решая эти задачи, гидробиология опирается на достижения ботаники, зоологии, физиологии и других биологических дисциплин.

1.5.Методы гидробиологии

Косновным методам гидробиологии относят:

-учёт количества (концентрации) различных групп гидробионтов, для чего используют самые разнообразные приборы (дночерпатели, драги, планктонные сети, планктоночерпатели, батометры) для установления видового состава, численности и биомассы организмов в пробах с последующим пересчётом на единицу площади или объёма. Для оценки количества организмов в водоёмах могут использоваться биофизические и биохимические методы. Например, по концентрации хлорофилла и АТФ судят соответственно

околичестве водорослей и бактерий. Совершенствуется самый древний метод учёта – визуальный. Это подводное телевидение, наблюдение со спутников, подводных лодок, батискафов, с помощью аквалангов, эхолокация;

-оценка функциональной роли групп гидробионтов в экосистемах, т. е. устанавливают их значение в трансформации веществ и энергии. С этой целью используют физиологические, биохимические, токсикологические и другие методы;

-моделирование экосистем с целью прогноза их состояния и научения управления ими. С этой целью используют методы математики и системного анализа.

1.6. Подразделения гидробиологии

По главнейшим целям исследования различают общую и прикладную гидробиологию.

Общая гидробиология устанавливает закономерности биологических явлений в водных экосистемах, создаёт теоретическую основу для прикладной гидробиологии, в частности, путём обобщения её успехов.

6