Изучение плавучести на примере гидробионтов.

В гидросфере представлены все типы организмов и, по подсчетам академика Л.А. Зенкевича, 90% всех классов животных на планете, подавляющее большинство (85%) которых обитает только в воде. Как среда жизни гидросфера подразделяется на более или менее отделённые друг от друга участки, обитатели которых в процессе адаптации образуют жизненные формы, типичные для данного участка.

Приспособления различных водных организмов к жизни в толще воды (пелагиали) сводятся прежде всего к обеспечению собственной плавучести, т.е. способности к предотвращению или замедлению своего погружения под действием силы тяжести. Энергоемкость поддерживающих или заглубляющих плавательных движений, а также активных перемещений организмов с места на место против действия силы тяжести определяется прежде всего величиной плавучести. Мелкие организмы способны, изменяя характер своих движений, мигрировать сверху вниз или наоборот.

Организмы, наиболее зависимые от явления плавучести – это планктон. Планктон представляет собой разнородную массу мелких организмов, свободно дрейфующих в толще воды. К планктонным организмам относятся формы, либо вовсе не способные совершать активные движения, либо не способные противостоять сильным потокам воды, переносящим их с места на место. Это водоросли, простейшие, рачки, коловратки и другие мелкие организмы. Своеобразной жизненной формой является криопланктон. Он обитает в талой воде, которая возникает в трещинах льда и пустотах снега под действием солнца. Днем организмы криопланктона ведут активный образ жизни, а ночью, когда талая вода снова замерзает, остаются прямо во льду в неподвижном состоянии. Некоторые из них благодаря своему количеству могут даже окрашивать снег или лёд в совершенно экзотичные цвета (вплоть до красного и зелёного).

Сейчас довольно очевидно, что организмы, обладающие отрицательной плавучестью, вынуждены для удержания в толще воды во взвешенном состоянии (чтобы не тонуть), должны каким-то образом препятствовать своему погружению, то есть увеличить плавучесть. Этого можно достигнуть несколькими способами.

Примеры механизмов плавучести гидробионтов.

Плавучесть достигается за счет повышения трения о воду:

1.Чем меньше тело, тем больше его удельная поверхность и больше трение. Поэтому наиболее характерная черта планктонных организмов – малые и микроскопические размеры.

2.Увеличение удельной поверхности может достигаться изменением формы тела: при уплощении тела, образовании всевозможных выростов, шипов и других придатков.

С ухудшением условий плавучести (повышение температуры, понижение солености) часто наблюдается и изменение формы тела планктонныхорганизмов. Например, в Индийском океане жгутиковые и имеют гораздо более длинные разветвленные придатки, чем в расположенной восточнее Атлантики, где вода холоднее. В какой-то мере с сезонными колебаниями температуры, сопровождающимися изменением плотности и вязкости воды, связан и цикломорфоз рачков, коловраток и других организмов – при потеплении образуются поколения с менее компактной формой тела, а с похолоданием наблюдается обратная картина .

3. Третий путь увеличения плавучести – уменьшение остаточной массы, т.е. разницы между массой организма и вытесненной им воды. Это может достигаться за счет повышения содержания воды в теле – ее количество у некоторых сальп, гребневиков, медуз достигает 99%, благодаря чему их способность к пассивному передвижению становится практически безграничной.

У плавающих организмов происходит редукция тяжелых скелетных образований, например, у пелагических моллюсков (головоногих, крылоногих, киленогих ) – раковины. У пелагических корненожек раковинка более пористая, чем у бентосных. Планктонные диатомовые водоросли отличаются от придонных более тонкими и слабее окремненными оболочками. У многих радиолярий кремниевые иглы становятся полыми. У многих плавающих черепах заметно редуцируются кости панциря.

4. Широко распространенный способ снижения плотности у гидробионтов – накопление жира. Богаты им радиолярии, ветвистоусые и веслоногие рачки. Жировые капли имеются в пелагической икре ряда рыб. Жир вместо тяжелого крахмала в качестве запасного питательного вещества накапливается у планктонных, диатомовых и зеленых водорослей. У некоторых, рыб, таких как гигантская акула луна-рыба в теле так много жира, что они почти без всяких активных движений могут держаться у поверхности воды, где питаются планктоном.

5. Эффективное средство повышения плавучести – газовые включения в цитоплазме или специальные воздушные полости. Газовые вакуоли есть у многих планктонных водорослей. У бурых водорослей рода накопление газовых пузырей на талломах превратило их из донных в приповерхностные) формы. Газовый пузырек в своей цитоплазме имеют раковинные амебы, воздухоносные камеры есть в подошве плавающих вниз щупальцами медуз. Плавательный пузырь, наполненный газом, свойствен многим рыбам (но у глубоководных форм, в условиях больших давлений, плавательный пузырь часто заполняется липидами). Наибольшего развития воздухоносные полости достигают у ряда сифонофор, благодаря чему их тело  становится даже легче воды и сильно выступает из нее.

6. Плавучесть гидробионтов зависит от характера их передвижения

Вид активного плавания осуществляется с помощью жгутиков, ресничек, изгибания тела, гребли конечностями и реактивным способом.

• Передвижение с помощью ресничек и жгутиков

эффективно только при небольших размерах (0,05–0,2 мм) и потому наблюдается лишь у микроскопических организмов.

• Движение путем изгибания тела или движения плавников характерно для более крупных обитателей пелагиали.

В одних случаях (пиявки, немертины) изгибания совершаются в вертикальной плоскости, в других – в горизонтальной (личинки насекомых, рыбы, змеи), в третьих – винтообразно (некоторые полихеты).