Понятие о среде жизни. Водная среда

Мир обитания живых организмов оказывает на них влияние как прямое, так и косвенное. Существа постоянно взаимодействуют с окружающей средой, получая из нее пищу, но в то же время и выделяя продукты своего метаболизма.

К окружающей среде принадлежит:

• природная - появившаяся на Земле независимо от человеческой деятельности;
• техногенная - созданная людьми;
• внешняя - это все, что находится вокруг организма, а также оказывает влияние на его функционирование.

Как живые организмы изменяют среду обитания? Они способствуют изменению газового состава воздуха (в результате фотосинтеза) и принимают участие в формировании рельефа, почвы, климата. Благодаря влиянию живых существ:

• увеличилось содержание кислорода;
• уменьшилось количество углекислого газа;
• изменился состав воды Мирового океана;
• появились горные породы органического содержания.

Таким образом, взаимоотношения живых организмов и среды их обитания являются сильным обстоятельством, провоцирующим различные преобразования. Различают четыре отличные друг от друга среды проживания.

Наземно-воздушная среда обитания

Включает в себя воздушную и наземную части и отлично подходит для размножения и развития живых существ. Это довольно сложная и многообразная среда, для которой характерна высокая степень организации всего живого. Подверженность почвы эрозии, загрязнениям приводит к уменьшению численности живых существ. В наземном мире обитания у организмов достаточно сильно развит внешний и внутренний скелет. Это произошло потому, что плотность атмосферы намного меньше плотности воды. Одним из значимых условий для существования считаются качество и структура воздушных масс. Они находятся в непрерывном движении, поэтому температура воздуха способна достаточно быстро изменяться. Живые существа, которые обитают в этой среде, должны адаптироваться к ее условиям, поэтому у них развилась приспособленность к резким колебаниям температур.

Воздушно-наземная среда обитания более многообразна, нежели водная. Здесь не так сильно выражены перепады давления, однако довольно часто возникает нехватка влаги. По этой причине у наземных живых созданий имеются механизмы, помогающие им со снабжением организма водой, в основном в засушливых районах. У растений образуется сильная корневая система и специальный водонепроницаемый слой на поверхности стеблей и листьев. Животные обладают исключительным строением внешних покровов. Их образ жизни помогает поддерживать водный баланс. Примером может быть миграция к водопоям. Большую роль играет и состав воздуха для наземных живых существ, обеспечивающий химическую структуру жизни. Сырьевым источником для фотосинтеза является углекислый газ. Для соединения нуклеиновых кислот и белков требуется азот.

Приспособленность к среде обитания

Приспособление организмов к среде обитания зависит от места их жительства. У летающих видов сформировалась определенная форма тела, а именно:

• легкие конечности;
• облегченная конструкция;
• обтекаемость;
• наличие крыльев для полета.

У лазающих животных:

• длинные хватательные конечности, а также хвост;
• тонкое длинное тело;
• сильные мышцы, позволяющие подтягивать туловище, а также перекидывать его с ветки на ветку;
• острые когти;
• мощные хватательные пальцы.

У бегающих живых созданий отмечаются следующие особенности:

• сильные конечности, имеющие малую массу;
• уменьшенное количество защитных роговых копыт на пальцах;
• сильные задние и короткие передние конечности.

У некоторых видов организмов специальные приспособления позволяют им сочетать признаки полета и лазанья. Например, забравшись на дерево, они способны на длинные прыжки-полеты. Другие виды живых организмов могут быстро бегать, а также летать.

Водная среда обитания

Первоначально жизнедеятельность существ была связана с водой. Особенности ее заключаются в солености, течении, пище, кислороде, давлении, свете и содействуют систематизированию организмов. Загрязнение водоемов очень плохо отражается на живых созданиях. Например, из-за уменьшения уровня воды в Аральском море пропала большая часть представителей флоры и фауны, в особенности рыбы. В водных просторах обитает огромное многообразие живых организмов. Из воды они добывают все необходимое, что требуется для осуществления жизнедеятельности, а именно питание, воду и газы. По этой причине все многообразие водных живых существ должно адаптироваться к основным особенностям существования, которые формируются химическими и физическими свойствами воды. Солевой состав среды также имеет большое значение для водных обитателей.

Огромное число представителей флоры и фауны, которые проводят жизнь во взвешенном состоянии, регулярно находятся в толще водного пространства. Умение парить обеспечивается физическими особенностями воды, то есть силой выталкивания, а также особыми механизмами самих существ. К примеру, множественные придатки, которые существенно увеличивают поверхность туловища живого организма по сравнению с его массой, усиливают трение о воду. Следующий пример жителей водной среды обитания - это медузы. Их умение держаться в толстом слое воды обуславливается необычной формой туловища, которое похоже на парашют. К тому же плотность воды очень сходна с плотностью тела медузы.

Живые организмы, среда обитания которых - вода, разными способами подстроились к передвижению. Например, рыбы и дельфины обладают обтекаемой формой тела и плавниками. Они способны быстро передвигаться благодаря необычной структуре наружных покровов, а также присутствию особой слизи, которая снижает трение о воду. У отдельных видов жуков, обитающих в водной среде, выпущенный отработанный воздух из дыхательных путей задерживается между надкрыльями и телом, благодаря этому они способны стремительно подниматься на поверхность, где происходит выпуск воздуха в атмосферу. Большая часть простейших перемещается с помощью ресничек, которые вибрируют, например, инфузория или эвглена.

Приспособления для жизни водных организмов

Различные среды обитания животных позволяют им адаптироваться и комфортно существовать. Тело организмов способно уменьшить трение о воду благодаря особенностям покрова:

• твердая, гладкая поверхность;
• наличие мягкого слоя, присутствующего на внешней поверхности твердого корпуса;
• слизь.

Конечности представлены:

• ластами;
• перепонками для плавания;
• плавниками.

Форма туловища обтекаемая и имеет самые разные вариации:

• сплюснутая в спинно-брюшном отделе;
• круглая в поперечном разрезе;
• сплюснутая с боков;
• торпедообразная;
• каплевидная.

В водной среде обитания живым организмам необходимо дышать, поэтому получили развитие:

• жабры;
• воздухозаборники;
• дыхательные трубки;
• пузыри, которые заменяет легкое.

Особенности обитания в водоемах

Вода способна накапливать и сохранять тепло, поэтому этим объясняется отсутствие сильных колебаний температуры, которые довольно часто встречаются на суше. Самым значимым свойством воды является возможность растворять в себе другие вещества, которые в дальнейшем используются как для дыхания, так и для питания организмами, живущими в водной стихии. Для того чтобы дышать, необходимо наличие кислорода, поэтому концентрация его в воде имеет огромное значение. Температура воды в полярных морях близка к замерзанию, но ее стабильность позволила сформироваться определенным приспособлениям, которые обеспечивают жизнедеятельность даже в таких суровых условиях.

В этой среде проживает огромное многообразие живых организмов. Здесь обитают рыбы, земноводные, крупные млекопитающие, насекомые, моллюски, черви. Чем выше температура воды, тем меньшее количество разведенного кислорода в ней находится, который в пресной воде растворяется лучше, чем в морской. Поэтому в водах тропического пояса обитает мало организмов, в то время как в полярных водоемах присутствует огромное разнообразие планктона, который используют в пищу представители фауны, в том числе крупные китообразные и рыбы.

Дыхание реализовывается всей поверхностью тела или особыми органами - жабрами. Для благополучного дыхания требуется регулярное обновление воды, которое достигается разными колебаниями, в первую очередь движением самого живого организма или его приспособлениями, такими как реснички или щупальца. Большое значение для жизни имеет и солевой состав воды. Например, моллюскам, а также ракообразным требуется кальций для построения панциря или раковины.

Почвенная среда

Располагается в верхнем плодородном слое земной коры. Это довольно сложный и очень важный компонент биосферы, который тесно связан с остальными ее частями. Часть организмов находится в почве всю свою жизнь, другие - половину. Для растений земля играет важнейшую роль. Какие живые организмы освоили почвенную среду обитания? В ней существуют бактерии, животные, а также грибы. Жизнь в этой среде в большей степени определяется климатическими факторами, например, температурой.

Приспособления для почвенной среды обитания

Для комфортного существования организмы имеют особенные части тела:

• небольшого размера копательные конечности;
• длинное и тонкое туловище;
• копательные зубы;
• обтекаемое туловище без выступающих частей.

В почве может существовать недостаток воздуха, а также она плотная и тяжелая, что в свою очередь привело к следующим анатомическим и физиологическим адаптациям :

• сильные мышцы и кости;
• устойчивость к недостатку кислорода.

Покровы тела подземных организмов должны позволять без проблем двигаться как вперед, так и назад в плотной почве, поэтому развились следующие признаки:

• короткая шерсть, устойчивая к истиранию и способная заглаживаться вперед и назад;
• отсутствие волосяного покрова;
• специальные выделения, которые позволяют телу скользить.

Развились специфические органы чувств:

• ушные раковины небольшие или вовсе отсутствуют;
• глаз нет или они существенно уменьшены;
• высокое развитие получила тактильная чувствительность.

Сложно представить растительный покров без земли. Отличительной чертой почвенной среды обитания живых организмов считается то, что существа связаны с ее субстратом. Одним из значимых отличий этой среды считается регулярное образование органических веществ, как правило, за счет отмирающих корней растений и опадающей листвы, а это служит источником энергии для растущих в ней организмов. Нагрузка на земельные ресурсы и загрязнение окружающей среды негативно влияют на проживающие здесь организмы. Часть видов находится на грани вымирания.

Организменная среда

Практическое воздействие человека на среду обитания влияет на численность популяций животных и растений, тем самым увеличивается или уменьшается количество видов, а в некоторых случаях происходит их гибель. Факторы среды:

• биотические - связаны с воздействием организмов друг на друга;
• антропогенные - связаны с влиянием человека на среду окружения;
• абиотические - относятся к неживой природе.

Промышленность - это крупнейшая отрасль, которая в экономике современного общества играет важнейшую роль. Она оказывает влияние на среду на всех этапах промышленного цикла, начиная с добычи сырья и заканчивая утилизацией продукции по причине дальнейшей непригодности. Основные виды отрицательного влияния ведущих отраслей на окружающую среду обитания живых организмов:

• Энергетика является основой развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Использование практически каждого ископаемого (уголь, нефть, природный газ, древесина, ядерное топливо) негативно влияет и загрязняет природные комплексы.
• Металлургия. Одной из самых опасных сторон ее воздействия на среду обитания считается техногенное рассеивание металлов. Наиболее вредными загрязнителями считаются: кадмий, медь, свинец, ртуть. Металлы попадают в среду практически на всех стадиях производства.
• Химическая промышленность - одна из динамично развивающихся отраслей во многих странах. Нефтехимические производства выбрасывают в атмосферу углеводороды и сероводороды. При производстве щелочей вырабатывается хлористый водород. Такие вещества, как оксиды азота и углерода, аммиак и другие, выбрасываются также в больших объемах.

В заключение

Мир обитания живых организмов оказывает на них влияние как прямое, так и косвенное. Существа постоянно взаимодействуют с окружающей средой, получая из нее пищу, но в то же время и выделяя продукты своего метаболизма. В пустыне сухой и жаркий климат ограничивает существование большей части живых организмов, как и в полярных областях из-за холодов могут выжить только самые выносливые представители. К тому же, они не просто приспосабливаются к той или иной среде, но еще и эволюционируют.

Растения, выделяя кислород, поддерживают его баланс в атмосфере. Живые организмы влияют на свойства и структуру земли. Высокие растения затеняют почву, тем самым способствуя созданию особого микроклимата и перераспределению влаги. Таким образом, с одной стороны, среда меняет организмы, помогая их усовершенствованию путем природного отбора, а с другой, виды живых организмов изменяют окружающую среду.

Вам уже известны такие понятия, как «среда обитания» и «среда жизни». Необходимо научиться их различать. Что же такое «среда жизни»?

Среда жизни — часть природы с особым комплексом факторов, для существования в которой у разных систематических групп организмов сформировались сходные адаптации.

На Земле можно выделить четыре основные среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную, живой организм.

Водная среда

Водная среда жизни характеризуется высокой плотностью, особыми температурным, световым, газовым и солевым режимами. Организмы, обитающие в водной среде, называются гидробионтами (от греч. hydor — вода, bios — жизнь).

Температурный режим водной среды

В воде температура изменяется в меньшей степени, чем на суше, из-за высокой удельной теплоемкости и теплопроводности воды. Повышение температуры воздуха на 10 °C вызывает повышение температуры воды на 1 °C. С глубиной температура постепенно снижается. На больших глубинах температурный режим относительно постоянен (не выше +4 °C). В верхних слоях наблюдаются суточные и сезонные колебания (от 0 до +36 °C). Поскольку в водной среде температура изменяется в узком диапазоне, то для большинства гидробионтов требуется стабильная температура. Для них губительны даже небольшие отклонения температуры, вызванные, например, сбросом предприятиями теплых сточных вод. Гидробионты, способные существовать при больших колебаниях температуры, встречаются только в мелких водоемах. Из-за небольшого объема воды в этих водоемах наблюдаются значительные суточные и сезонные перепады температуры.

Световой режим водной среды

Света в воде меньше, чем в воздухе. Часть солнечных лучей отражается от ее поверхности, а часть поглощается толщей воды.

День под водой короче, чем на суше. Летом на глубине 30 м он составляет 5 ч, а на глубине 40 м — 15 мин. Быстрое убывание света с глубиной связано с его поглощением водой.

Граница зоны фотосинтеза в морях находится на глубине около 200 м. В реках она колеблется от 1,0 до 1,5 м и зависит от прозрачности воды. Прозрачность воды в реках и озерах сильно снижается из-за загрязнения взвешенными частицами. На глубине более 1500 м свет практически отсутствует.

Газовый режим водной среды

В водной среде содержание кислорода в 20-30 раз меньше, чем в воздухе, поэтому он является лимитирующим фактором. Кислород поступает в воду за счет фотосинтеза водных растений и способности кислорода воздуха растворяться в воде. При перемешивании воды содержание кислорода в ней возрастает. Верхние слои воды богаче кислородом, чем нижние. При дефиците кислорода наблюдаются заморы (массовая гибель водных организмов). Зимние заморы бывают, когда водоемы покрываются льдом. Летние — когда из-за высокой температуры воды уменьшается растворимость кислорода. Причиной может быть и повышение концентрации токсичных газов (метана, сероводорода), образующихся при разложении отмерших организмов без доступа кислорода. Из-за непостоянства концентрации кислорода большинство водных организмов по отношению к нему являются эврибионтами. Но есть и стенобионты (форель, планария, личинки поденок и ручейников), которые не переносят недостатка кислорода. Они являются индикаторами чистоты воды. Углекислый газ растворяется в воде в 35 раз лучше кислорода, и его концентрация в ней в 700 раз выше, чем в воздухе. В воде CO2 накапливается благодаря дыханию водных организмов, разложению органических остатков. Углекислый газ обеспечивает фотосинтез и используется при образовании известковых скелетов беспозвоночных.

Солевой режим водной среды

Соленость воды играет важную роль в жизни гидробионтов. Природные воды по содержанию солей разделяют на группы, представленные в таблице:

В Мировом океане соленость составляет в среднем 35 г/л. Самое высокое содержание солей в соленых озерах (до 370 г/л). Типичные обитатели пресных и соленых вод являются стенобионтами. Они не переносят колебаний солености воды. Эврибионтов сравнительно немного (лещ, судак, щука, угорь, колюшка, лосось и др.). Они могут жить как в пресной, так и в соленой воде.

Адаптации растений к жизни в воде

Все растения водной среды называются гидрофитами (от греч. hydor — вода, phyton — растение). В соленых водах обитают только водоросли. Тело у них не разделено на ткани и органы. К изменению состава солнечного спектра в зависимости от глубины водоросли приспособились путем изменения состава своих пигментов. При переходе от верхних слоев воды к глубинным окраска водорослей изменяется в последовательности: зеленые — бурые — красные (самые глубоководные водоросли).

Зеленые водоросли содержат зеленый, оранжевый и желтый пигменты. Они способны к фотосинтезу при достаточно высокой интенсивности солнечного света. Поэтому обитают зеленые водоросли в мелких пресных водоемах или на морском мелководье. К ним относятся: спирогира, улотрикс, ульва и др. У бурых водорослей, помимо зеленого, содержатся бурый и желтый пигменты. Они способны улавливать менее интенсивное солнечное излучение на глубине 40-100 м. Представителями бурых водорослей являются фукус и ламинария, обитающие только в морях. Красные водоросли (порфира, филлофора) могут жить на глубине более 200 м. Кроме зеленого, они имеют красный и синий пигменты, способные улавливать даже незначительный свет на большой глубине.

В пресных водоемах в стеблях высших растений слабо развита механическая ткань. Например, если извлечь из воды кувшинку белую или кубышку желтую, то их стебли поникают и не способны поддерживать цветки в вертикальном положении. Опорой для них служит вода за счет ее высокой плотности. Адаптацией к недостатку кислорода в воде является наличие в органах растений аэренхимы (воздухоносной ткани). Минеральные вещества находятся в воде, поэтому слабо развиты проводящая и корневая системы. Корни могут вообще отсутствовать (ряска, элодея, рдест) либо служить для закрепления в субстрате (рогоз, стрелолист, частуха). Корневых волосков на корнях нет. Листья чаще тонкие и длинные либо сильно рассеченные. Мезофилл не дифференцирован. Устьица у плавающих листьев находятся на верхней стороне, а у погруженных в воду — отсутствуют. Для некоторых растений характерно наличие листьев разной формы (гетерофилия) в зависимости от того, где они находятся. У кувшинки и стрелолиста форма листьев в воде и на воздухе разная.

Пыльца, плоды и семена водных растений приспособлены к распространению водой. Они имеют пробковые выросты или прочные оболочки, предотвращающие попадание воды внутрь и загнивание.

Адаптации животных к жизни в воде

В водной среде животный мир более богат, чем растительный. Благодаря независимости от солнечного света животные заселили всю толщу воды. По типу морфологических и поведенческих адаптаций их разделяют на следующие экологические группы: планктон, нектон, бентос.

Планктон (от греч. planktos — парящий, блуждающий) — организмы, обитающие в толще воды и передвигающиеся под действием ее тока. Это мелкие ракообразные, кишечнополостные, личинки некоторых беспозвоночных. Все их адаптации направлены на повышение плавучести тела:

1. увеличение поверхности тела за счет сплющивания и удлинения формы, развития выростов и щетинок;
2. уменьшение плотности тела в связи с редукцией скелета, наличием жировых капель, пузырьков воздуха, слизистых чехлов.

Нектон (от греч. nektos — плавающий) — организмы, обитающие в толще воды и ведущие активный образ жизни. Представителями нектона являются рыбы, китообразные, ластоногие, головоногие моллюски. Противостоять течению им помогают адаптации к активному плаванию и уменьшению трения тела. Активное плавание достигается за счет хорошо развитой мускулатуры. При этом могут использоваться энергия выбрасываемой струи воды, изгибание тела, плавники, ласты и т. д. Уменьшению трения тела способствуют адаптации: обтекаемая форма тела, эластичность кожных покровов, наличие на
коже чешуи и слизи.

Бентос (от греч. benthos — глубина) — организмы, обитающие на дне водоема или в толще донного грунта.

Адаптации бентосных организмов направлены на уменьшение плавучести:

1. утяжеление тела за счет раковин (моллюски), хитинизированных покровов (раки, крабы, омары, лангусты);
2. закрепление на дне с помощью органов фиксации (присоски у пиявок, крючки у личинок ручейника) или уплощенного тела (скаты, камбала). Некоторые представители зарываются в грунт (многощетинковые черви).

В озерах и прудах выделяют еще одну экологическую группу организмов — нейстон. Нейстон — организмы, связанные с поверхностной пленкой воды и обитающие постоянно или временно на этой пленке или до 5 см в глубь от ее поверхности. Их тело не смачивается, поскольку его плотность меньше плотности воды. Особым образом устроенные конечности позволяют передвигаться по поверхности воды, не погружаясь (клопы водомерки, жуки вертячки). Своеобразной группой водных организмов является также перифитон — организмы, образующие на подводных объектах пленку обрастания. Представителями перифитона являются: водоросли, бактерии, протисты, ракообразные, двустворчатые моллюски, малощетинковые черви, мшанки, губки.

На планете Земля выделяют четыре основные среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную и живой организм. В водной среде лимитирующим фактором является кислород. По характеру адаптаций водных обитателей разделяют на экологические группы: планктон, нектон, бентос.

Вопрос 1. Назовите основные особенности жизни организмов в водной среде, в наземно-воздушной среде, в почве.
Особенности жизни организмов в водной среде, наземно-воздушной среде и в почве определяются физическими и химическими свойствами этих сред жизни. Эти свойства оказывают значительное влияние на действие других факторов неживой природы - стабилизируют сезонные колебания температуры (вода и почва), постепенно изменяют освещенность (вода) или полностью ее исключают (почва) и т. п.
Гидросфера, или водная оболочка Земли, составляет около 70 % поверхности Земного шара. Наибольшие запасы воды сосредоточены в Мировом океане (до 95 %), остальные 5 % приходятся на пресные водоемы (озера, реки и т.д.). В воде обитает огромное количество живых организмов, причем их типовое разнообразие значительно выше, чем на суше. Состояние гидросферы - важнейший фактор, определяющий климатические условия различных географических областей. Вода - плотная по сравнению с воздухом среда, обладающая выталкивающей силой и являющаяся хорошим растворителем. Поэтому многие организмы, обитающие в воде, характеризуются слабым развитием опорных тканей (водные растения, простейшие, кишечнополостные и т. п.), особыми способами передвижения (парение, реактивное движение), особенностями дыхания и приспособлениями к поддержанию постоянства осмотического давления в клетках, образующих их тела.
Атмосфера, или газовая оболочка Земли, состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа, озона и инертных газов. Атмосфера оказывает огромное влияние на физико-химические и биологические процессы на поверхности земли и в водной среде: кислород необходим всем живым организмам для дыхания; углекислый газ - источник углерода при фотосинтезе и хемосинтезе; азот в результате деятельности азотфиксирующих бактерий переходит в форму нитратов, усваиваемых растениями. Плотность воздуха гораздо ниже плотности воды, поэтому у наземных организмов сильно развиты опорные ткани - внутренний и наружный скелет.
Литосфера - твердая оболочка Земли - включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии. Жизнь в литосфере главным образом сосредоточена в ее верхнем плодородном слое - почве, глубина которого не превышает нескольких метров. В строении почвы выделяют несколько горизонтов (сверху вниз): верхний, называемый спадом, следующий - гумусовый слой, обеспечивающий плодородие почв, и третий, состоящий в основном из смеси песка и глины.
Почва - это верхний слой суши, преобразованной в результате жизнедеятельности живых существ. Между частицами почвы имеются многочисленные полости, которые могут быть заполнены водой или воздухом. Поэтому почву населяют как водные, так и воздуходышащие организмы.

Вопрос 2. Какие приспособления выработались у организмов к обитанию в водной среде?
Водная среда является более плотной, чем воздушная, что определяет приспособления к передвижению в ней. Для активного перемещения в воде необходимы обтекаемая форма тела и хорошо развитая мускулатура (рыбы, головоногие моллюски - кальмары, млекопитающие - дельфины, тюлени).
Планктонные организмы (парящие в воде) имеют приспособления, повышающие их плавучесть, такие как увеличение относительной поверхности тела за счет многочисленных выростов и щетинок; уменьшение плотности за счет накопления в теле жиров, пузырьков газа (одноклеточные водоросли, простейшие, медузы, мелкие рачки). Для организмов, живущих в водной среде, характерны также приспособления к поддержанию водно-солевого баланса. Пресноводные виды имеют приспособления для удаления избытка воды из организма. Этому, например, служат выделительные вакуоли у простейших. В соленой воде, напротив, приходится защищать организм от обезвоживания, что достигается повышением концентрации солей в теле.,
Еще один способ поддерживать свой водно-солевой баланс - это перемещение в места с благоприятным уровнем солености.
И, наконец, постоянство водно-солевой среды организма обеспечивают непроницаемые для воды покровы (млекопитающие, высшие раки, водные насекомые и их личинки).
Растениям для жизни необходима световая энергия Солнца, поэтому водные растения обитают только на тех глубинах, куда способен проникнуть свет (обычно не более 100 м). С увеличением глубины обитания в клетках растений изменяется состав пигментов, принимающих участие в процессе фотосинтеза, что позволяет улавливать проникающие в глубину части солнечного спектра.

Вопрос 3. Как организмы избегают отрицательного влияния низких температур?
При низких температурах существует опасность остановки обмена веществ, поэтому у организмов выработались особые механизмы приспособления к его стабилизации.
Наименее приспособлены к резким колебаниям температуры растения. При резком понижении температуры ниже 0 °С вода в тканях может превратиться в лед, который способен их повредить. Но растения способны выдерживать небольшие отрицательные температуры путем связывания свободных молекул воды в комплексы, неспособные к образованию кристаллов льда (например, путем накапливания в клетках до 20-30% сахаров или жирных масел). При постепенном понижении температуры в процессе сезонных климатических изменений в жизни многих растений наступает период покоя, сопровождающийся либо частичным или полным отмиранием наземных вегетативных органов (травянистые формы), либо временным прекращением или замедлением основных физиологических процессов - фотосинтеза и транспорта веществ.
У животных наиболее надежной защитой от низких температур окружающей среды является теплокровность, но ею обладают не все. Можно выделить следующие пути приспособлений животных к низким температурам: химическую, физическую и поведенческую терморегуляцию.
Химическая терморегуляция связана с увеличением теплопродукции при понижении температуры путем интенсификации окислительно-восстановительных процессов. Этот путь требует расхода большого количества энергии, поэтому животным в суровых климатических условиях необходимо большее количество пищи. Этот вид терморегуляции осуществляется рефлекторно.
Многие холоднокровные животные способны поддерживать оптимальную температуру тела за счет работы мышц. Например, шмели в прохладную погоду разогревают тело дрожью до 32-33 °С, что дает им возможность взлетать и кормиться.
Физическая терморегуляция связана с наличием у животных специальных покровов тела - перьевого или волосяного, которые благодаря своей структуре образуют воздушную и окружающей средой, так как известно, что воздух является отличным теплоизолятором. Кроме того, многие животные, обитающие в суровых климатических условиях, накапливают подкожный жир, также обладающий термоизоляционными свойствами.
Поведенческая терморегуляция связана с перемещением в пространстве с целью избегания неблагоприятных для жизнедеятельности температур, созданием убежищ, скучиванием в группы, изменением активности в разное время суток или года.

Плотность воды - это фактор, определяющий условия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. Для дистиллированной воды плотность равна 1 г/см 3 при 4 °C. Плотность природных вод, содержащих растворенные соли, может быть больше, до 1,35 г/см 3 . Давление возрастает с глубиной примерно в среднем на 1 · 10 5 Па (1 атм) на каждые 10 м.

В связи с резким градиентом давления в водоемах гидробионты в целом значительно более эврибатны по сравнению с сухопутными организмами. Некоторые виды, распространенные на разных глубинах, переносят давление от нескольких до сотен атмосфер. Например, голотурии рода Elpidia, черви Priapulus caudatus обитают от прибрежной зоны до ультраабиссали. Даже пресноводные обитатели, например инфузории‑туфельки, сувойки, жуки‑плавунцы и др., выдерживают в опыте до 6 · 10 7 Па (600 атм).

Однако многие обитатели морей и океанов относительно стенобатны и приурочены к определенным глубинам. Стенобатность чаще всего свойственна мелководным и глубоководным видам. Только на литорали обитают кольчатый червь пескожил Arenicola, моллюски морские блюдечки (Patella). Многие рыбы, например из группы удильщиков, головоногие моллюски, ракообразные, погонофоры, морские звезды и др. встречаются лишь на больших глубинах при давлении не менее 4 · 10 7 - 5 · 10 7 Па (400-500 атм).

Плотность воды обеспечивает возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм. Плотность среды служит условием парения в воде, и многие гидробионты приспособлены именно к этому образу жизни. Взвешенные, парящие в воде организмы объединяют в особую экологическую группу гидробионтов - планктон («планктос» - парящий).

Рис. 39. Увеличение относительной поверхности тела у планктонных организмов (по С. A. Зернову, 1949):

A - палочковидные формы:

1 - диатомея Synedra;

2 - цианобактерия Aphanizomenon;

3 - перидинеевая водоросль Amphisolenia;

4 - Euglena acus;

5 - головоногий моллюск Doratopsis vermicularis;

6 - веслоногий рачок Setella;

7 - личинка Porcellana (Decapoda)

Б - расчлененные формы:

1 - моллюск Glaucus atlanticus;

2 - червь Tomopetris euchaeta;

3 - личинка рака Palinurus;

4 - личинка рыбы морского черта Lophius;

5 - веслоногий рачок Calocalanus pavo

В составе планктона - одноклеточные и колониальные водоросли, простейшие, медузы, сифонофоры, гребневики, крылоногие и киленогие моллюски, разнообразные мелкие рачки, личинки донных животных, икра и мальки рыб и многие другие (рис. 39). Планктонные организмы обладают многими сходными адаптациями, повышающими их плавучесть и препятствующими оседанию на дно. К таким приспособлениям относятся: 1) общее увеличение относительной поверхности тела за счет уменьшения размеров, сплющенности, удлинения, развития многочисленных выростов или щетинок, что увеличивает трение о воду; 2) уменьшение плотности за счет редукции скелета, накопления в теле жиров, пузырьков газа и т. п. У диатомовых водорослей запасные вещества отлагаются не в виде тяжелого крахмала, а в виде жировых капель. Ночесветка Noctiluca отличается таким обилием газовых вакуолей и капелек жира в клетке, что цитоплазма в ней имеет вид тяжей, сливающихся только вокруг ядра. Воздухоносные камеры есть и у сифонофор, ряда медуз, планктонных брюхоногих моллюсков и др.

Водоросли (фитопланктон) парят в воде пассивно, большинство же планктонных животных способно к активному плаванию, но в ограниченных пределах. Планктонные организмы не могут преодолевать течения и переносятся ими на большие расстояния. Многие виды зоопланктона способны, однако, к вертикальным миграциям в толще воды на десятки и сотни метров как за счет активного передвижения, так и за счет регулирования плавучести своего тела. Особую разновидность планктона составляет экологическая группа нейстона («нейн» - плавать) - обитатели поверхностной пленки воды на границе с воздушной средой.

Плотность и вязкость воды сильно влияют на возможность активного плавания. Животных, способных к быстрому плаванию и преодолению силы течений, объединяют в экологическую группу нектона («нектос» - плавающий). Представители нектона - рыбы, кальмары, дельфины. Быстрое движение в водной толще возможно лишь при наличии обтекаемой формы тела и сильно развитой мускулатуры. Торпедовидная форма вырабатывается у всех хороших пловцов независимо от их систематической принадлежности и способа движения в воде: реактивного, за счет изгибания тела, с помощью конечностей.

Кислородный режим. В насыщенной кислородом воде содержание его не превышает 10 мл в 1 л, это в 21 раз ниже, чем в атмосфере. Поэтому условия дыхания гидробионтов значительно усложнены. Кислород поступает в воду в основном за счет фотосинтетической деятельности водорослей и диффузии из воздуха. Поэтому верхние слои водной толщи, как правило, богаче этим газом, чем нижние. С повышением температуры и солености воды концентрация в ней кислорода понижается. В слоях, сильно заселенных животными и бактериями, может создаваться резкий дефицит О 2 из‑за усиленного его потребления. Например, в Мировом океане богатые жизнью глубины от 50 до 1000 м характеризуются резким ухудшением аэрации - она в 7‑10 раз ниже, чем в поверхностных водах, населенных фитопланктоном. Около дна водоемов условия могут быть близки к анаэробным.

Среди водных обитателей много видов, способных переносить широкие колебания содержания кислорода в воде, вплоть до почти полного его отсутствия (эвриоксибионты - «окси» - кислород, «бионт» - обитатель). К ним относятся, например, пресноводные олигохеты Tubifex tubifex, брюхоногие моллюски Viviparus viviparus. Среди рыб очень слабое насыщение воды кислородом могут выдерживать сазан, линь, караси. Вместе с тем ряд видов стеноксибионтны - они могут существовать лишь при достаточно высоком насыщении воды кислородом (радужная форель, кумжа, гольян, ресничный червь Planaria alpina, личинки поденок, веснянок и др.). Многие виды способны при недостатке кислорода впадать в неактивное состояние - аноксибиоз - и таким образом переживать неблагоприятный период.

Дыхание гидробионтов осуществляется либо через поверхность тела, либо через специализированные органы - жабры, легкие, трахеи. При этом покровы могут служить дополнительным органом дыхания. Например, рыба вьюн через кожу потребляет в среднем до 63 % кислорода. Если через покровы тела происходит газообмен, то они очень тонки. Дыхание облегчается также увеличением поверхности. Это достигается в ходе эволюции видов образованием различных выростов, уплощением, удлинением, общим уменьшением размеров тела. Некоторые виды при недостатке кислорода активно изменяют величину дыхательной поверхности. Черви Tubifex tubifex сильно вытягивают тело в длину; гидры и актинии - щупальцы; иглокожие - амбулакральные ножки. Многие сидячие и малоподвижные животные обновляют вокруг себя воду, либо создавая ее направленный ток, либо колебательными движениями способствуя ее перемешиванию. Двустворчатым моллюскам для этой цели служат реснички, выстилающие стенки мантийной полости; ракообразным - работа брюшных или грудных ножек. Пиявки, личинки комаров‑звонцов (мотыль), многие олигохеты колышут тело, высунувшись из грунта.

У некоторых видов встречается комбинирование водного и воздушного дыхания. Таковы двоякодышащие рыбы, сифонофоры дискофанты, многие легочные моллюски, ракообразные Gammarus lacustris и др. Вторичноводные животные сохраняют обычно атмосферный тип дыхания как более выгодный энергетически и нуждаются поэтому в контактах с воздушной средой, например ластоногие, китообразные, водяные жуки, личинки комаров и др.

Нехватка кислорода в воде приводит иногда к катастрофическим явлениям - заморам, сопровождающимся гибелью множества гидробионтов. Зимние заморы часто вызываются образованием на поверхности водоемов льда и прекращением контакта с воздухом; летние - повышением температуры воды и уменьшением вследствие этого растворимости кислорода.

Частая гибель рыб и многих беспозвоночных зимой характерна, например, для нижней части бассейна реки Оби, воды которой, стекающие из заболоченных пространств Западно‑Сибирской низменности, крайне бедны растворенным кислородом. Иногда заморы возникают и в морях.

Кроме недостатка кислорода, заморы могут быть вызваны повышением концентрации в воде токсичных газов - метана, сероводорода, СО 2 и др., образующихся в результате разложения органических материалов на дне водоемов.

Солевой режим. Поддержание водного баланса гидробионтов имеет свою специфику. Если для наземных животных и растений наиболее важно обеспечение организма водой в условиях ее дефицита, то для гидробионтов не менее существенно поддержание определенного количества воды в теле при ее избытке в окружающей среде. Излишнее количество воды в клетках приводит к изменению в них осмотического давления и нарушению важнейших жизненных функций.

Большинство водных обитателей пойкилосмотичны: осмотическое давление в их теле зависит от солености окружающей воды. Поэтому для гидробионтов основной способ поддерживать свой солевой баланс - это избегать местообитаний с неподходящей соленостью. Пресноводные формы не могут существовать в морях, морские - не переносят опреснения. Если соленость воды подвержена изменениям, животные перемещаются в поисках благоприятной среды. Например, при опреснении поверхностных слоев моря после сильных дождей радиолярии, морские рачки Calanus и другие спускаются на глубину до 100 м. Позвоночные животные, высшие раки, насекомые и их личинки, обитающие в воде, относятся к гомойосмотическим видам, сохраняя постоянное осмотическое давление в теле независимо от концентрации солей в воде.

У пресноводных видов соки тела гипертоничны по отношению к окружающей воде. Им угрожает излишнее обводнение, если не препятствовать поступлению или не удалять избыток воды из тела. У простейших это достигается работой выделительных вакуолей, у многоклеточных - удалением воды через выделительную систему. Некоторые инфузории каждые 2-2,5 мин выделяют количество воды, равное объему тела. На «откачку» избыточной воды клетка затрачивает очень много энергии. С повышением солености работа вакуолей замедляется. Так, у туфелек Paramecium при солености воды 2,5%о вакуоль пульсирует с интервалом в 9 с, при 5%о - 18 с, при 7,5%о - 25 с. При концентрации солей 17,5%о вакуоль перестает работать, так как разница осмотического давления между клеткой и внешней средой исчезает.

Если вода гипертонична по отношению к жидкостям тела гидробионтов, им грозит обезвоживание в результате осмотических потерь. Защита от обезвоживания достигается повышением концентрации солей также в теле гидробионтов. Обезвоживанию препятствуют непроницаемые для воды покровы гомойосмотических организмов - млекопитающих, рыб, высших раков, водных насекомых и их личинок.

Многие пойкилосмотические виды переходят к неактивному состоянию - анабиозу в результате дефицита воды в теле при возрастании солености. Это свойственно видам, обитающим в лужах морской воды и на литорали: коловраткам, жгутиковым, инфузориям, некоторым рачкам, черноморским полихетам Nereis divesicolor и др. Солевой анабиоз - средство переживать неблагоприятные периоды в условиях переменной солености воды.

Истинно эвригалинных видов, способных в активном состоянии обитать как в пресной, так и в соленой воде, среди водных обитателей не так много. В основном это виды, населяющие эстуарии рек, лиманы и другие солоноватоводные водоемы.

Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше. Это связано с физическими свойствами воды, прежде всего высокой удельной теплоемкостью, благодаря которой получение или отдача значительного количества тепла не вызывает слишком резких изменений температуры. Испарение воды с поверхности водоемов, при котором затрачивается около 2263,8 Дж/г, препятствует перегреванию нижних слоев, а образование льда, при котором выделяется теплота плавления (333,48 Дж/г), замедляет их охлаждение.

Амплитуда годовых колебаний температуры в верхних слоях океана не более 10-15 °C, в континентальных водоемах - 30-35 °C. Глубокие слои воды отличаются постоянством температуры. В экваториальных водах среднегодовая температура поверхностных слоев +(26-27) °С, в полярных - около 0 °C и ниже. В горячих наземных источниках температура воды может приближаться к +100 °C, а в подводных гейзерах при высоком давлении на дне океана зарегистрирована температура +380 °C.

Таким образом, в водоемах существует довольно значительное разнообразие температурных условий. Между верхними слоями воды с выраженными в них сезонными колебаниями температуры и нижними, где тепловой режим постоянен, существует зона температурного скачка, или термоклина. Термоклин резче выражен в теплых морях, где сильнее перепад температуры наружных и глубинных вод.

В связи с более устойчивым температурным режимом воды среди гидробионтов в значительно большей мере, чем среди населения суши, распространена стенотермность. Эвритермные виды встречаются в основном в мелких континентальных водоемах и на литорали морей высоких и умеренных широт, где значительны суточные и сезонные колебания температуры.

Световой режим. Света в воде гораздо меньше, чем в воздухе. Часть падающих на поверхность водоема лучей отражается в воздушную среду. Отражение тем сильнее, чем ниже положение Солнца, поэтому день под водой короче, чем на суше. Например, летний день около острова Мадейра на глубине 30 м - 5 ч, а на глубине 40 м всего 15 мин. Быстрое убывание количества света с глубиной связано с поглощением его водой. Лучи с разной длиной волны поглощаются неодинаково: красные исчезают уже недалеко от поверхности, тогда как сине‑зеленые проникают значительно глубже. Сгущающиеся с глубиной сумерки в океане имеют сначала зеленый, затем голубой, синий и сине‑фиолетовый цвет, сменяясь наконец постоянным мраком. Соответственно сменяют друг друга с глубиной зеленые, бурые и красные водоросли, специализированные на улавливании света с разной длиной волны.

Окраска животных меняется с глубиной так же закономерно. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели литоральной и сублиторальной зон. Многие глубинные организмы, подобно пещерным, не имеют пигментов. В сумеречной зоне широко распространена красная окраска, которая является дополнительной к сине‑фиолетовому свету на этих глубинах. Дополнительные по цвету лучи наиболее полно поглощаются телом. Это позволяет животным скрываться от врагов, так как их красный цвет в сине‑фиолетовых лучах зрительно воспринимается как черный. Красная окраска характерна для таких животных сумеречной зоны, как морской окунь, красный коралл, различные ракообразные и др.

У некоторых видов, обитающих у поверхности водоемов, глаза разделяются на две части с разной способностью к преломлению лучей. Одна половина глаза видит в воздухе, другая - в воде. Такая «четырехглазость» характерна для жуков‑вертячек, американской рыбки Anableps tetraphthalmus, одного из тропических видов морских собачек Dialommus fuscus. Эта рыбка при отливах сидит в углублениях, выставляя часть головы из воды (см. рис. 26).

Поглощение света тем сильнее, чем меньше прозрачность воды, которая зависит от количества взвешенных в ней частиц.

Прозрачность характеризуют предельной глубиной, на которой еще виден специально опускаемый белый диск диаметром около 20 см (диск Секки). Самые прозрачные воды - в Саргассовом море: диск виден до глубины 66,5 м. В Тихом океане диск Секки виден до 59 м, в Индийском - до 50, в мелких морях - до 5‑15 м. Прозрачность рек в среднем 1-1,5 м, а в самых мутных реках, например в среднеазиатских Амударье и Сырдарье, всего несколько сантиметров. Граница зоны фотосинтеза поэтому сильно варьирует в разных водоемах. В самых чистых водах эуфотическая зона, или зона фотосинтеза, простирается до глубин не свыше 200 м, сумеречная, или дисфотическая, зона занимает глубины до 1000-1500 м, а глубже, в афотическую зону, солнечный свет не проникает совсем.

Количество света в верхних слоях водоемов сильно меняется в зависимости от широты местности и от времени года. Длинные полярные ночи сильно ограничивают время, пригодное для фотосинтеза, в арктических и приантарктических бассейнах, а ледовый покров затрудняет доступ света зимой во все замерзающие водоемы.

В темных глубинах океана в качестве источника зрительной информации организмы используют свет, испускаемый живыми существами. Свечение живого организма получило название биолюминесценции. Светящиеся виды есть почти во всех классах водных животных от простейших до рыб, а также среди бактерий, низших растений и грибов. Биолюминесценция, по‑видимому, многократно возникала в разных группах на разных этапах эволюции.

Химия биолюминесценции сейчас довольно хорошо изучена. Реакции, используемые для генерации света, разнообразны. Но во всех случаях это окисление сложных органических соединений (люциферинов) с помощью белковых катализаторов (люцифераз). Люциферины и люциферазы у разных организмов имеют неодинаковую структуру. В ходе реакции избыточная энергия возбужденной молекулы люциферина выделяется в виде квантов света. Живые организмы испускают свет импульсами, обычно в ответ на раздражения, поступающие из внешней среды.

Свечение может и не играть особой экологической роли в жизни вида, а быть побочным результатом жизнедеятельности клеток, как, например, у бактерий или низших растений. Экологическую значимость оно получает только у животных, обладающих достаточно развитой нервной системой и органами зрения. У многих видов органы свечения приобретают очень сложное строение с системой отражателей и линз, усиливающих излучение (рис. 40). Ряд рыб и головоногих моллюсков, неспособных генерировать свет, используют симбиотических бактерий, размножающихся в специальных органах этих животных.

Рис. 40. Органы свечения водных животных (по С. А. Зернову, 1949):

1 - глубоководный удильщик с фонариком над зубатой пастью;

2 - распределение светящихся органов у рыбы сем. Mystophidae;

3 - светящийся орган рыбы Argyropelecus affinis:

а - пигмент, б - рефлектор, в - светящееся тело, г - линза

Биолюминесценция имеет в жизни животных в основном сигнальное значение. Световые сигналы могут служить для ориентации в стае, привлечения особей другого пола, подманивания жертв, для маскировки или отвлечения. Вспышка света может быть защитой от хищника, ослепляя или дезориентируя его. Например, глубоководные каракатицы, спасаясь от врага, выпускают облако светящегося секрета, тогда как виды, обитающие в освещенных водах, используют для этой цели темную жидкость. У некоторых донных червей - полихет - светящиеся органы развиваются к периоду созревания половых продуктов, причем светятся ярче самки, а глаза лучше развиты у самцов. У хищных глубоководных рыб из отряда удильщиковидных первый луч спинного плавника сдвинут к верхней челюсти и превращен в гибкое «удилище», несущее на конце червеобразную «приманку» - железу, заполненную слизью со светящимися бактериями. Регулируя приток крови к железе и, следовательно, снабжение бактерии кислородом, рыба может произвольно вызывать свечение «приманки», имитируя движения червя и подманивая добычу.

Вода является первой средой жизни: в ней возникла жизнь и сформировались большинство групп организмов. Все обитатели водной среды носят название гидробионты. Характерной чертой водной сред является движение воды, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ проявляется в форме течений (перенос воды в одном направлении) и волнений (уклонение частиц воды от исходного положения с последующим возвратом к нему). Гольфстрим переносит в год 2,5 млн м^3 воды, что в 25 раз больше всœех рек Земли вместе взятых. Кроме того происходят приливно-отливные колебания уровня моря под действием притяжения Луны и Солнце.

Кроме движения воды к числу важных свойств водной среды относятся плотность и вязкость, призрачность, растворенный кислород и содержание минœеральных веществ.

Плотность и вязкость определяют, в первую очередь, условия передвижения гидробионтов. Чем выше плотность вод, тем она становится более опорной, тем легче удержаться в ней. Другое значение плотности - ее давление на организм. С углублением на 10,3 м в пресную и на 9,986 м в морскую воду давление возрастает на 1 атм. С повышением вязкости возрастает сопротивление активному движению организмов. Плотность живых тканей выше, чем плотность пресной и морской воды, в связи с этим у водных организмов в процессе эволюции выработались различные структуры, которые повышают их плавучесть -общее увеличение относительной поверхности тела за счёт уменьшения размеров; сплющенность; развитие различных выростов (щетинок); уменьшение плотности тела за счёт редукции скелœета; накопление жира и наличеи плавательного пузыря. Вода, в отличие от воздуха, обладает большей выталкивающей силой, в связи с этим максимальные размеры водных организмов ограничены меньше.

Термические свойства воды существенно отличаются от термических свойств воздух. Высокие удельная теплоемкость воды (в 500 раз выше) и теплопроводность (в 30 раз) определяют постоянное и относительно равномерное распределœение температуры в водной среде. Колебания температуры в воде не столь резкие, как в воздухе. Температура оказывает влияние на скорость протекания различных процессов.

Свет и световой режим. Солнце с одинаковой интенсивностью освещает поверхности суши и океана, однако у воды способность к поглощению и рассеиванию достаточно велика, что ограничивает глубину проникновения света в толщу океана. Причем лучи с разной длиной волны поглощаются не одинаково: красный рассеивается почти сразу, а синие и зелœеные уходят глубже. Зона в которой интенсивность фотосинтеза превосходит интенсивность дыхания принято называть эвфотической зоной. Нижняя граница на которой фотосинтез уравновешивается дыханием принято называть компенсационной точкой.

Прозрачность воды зависит от содержания в ней взвешенных частиц. Прозрачность характеризуется предельной глубиной на которой еще виден специально опускаемый белый диск диаметром 30 см. Самые прозрачные воды в Саргассовом море (диск виден на глубинœе 66 м), в Тихом океане (60 м), Индийском океане (50 м). В мелких морях прозрачность 2-15 м, в реках 1-1,5 м.

Кислород - необходим для дыхания. В воде распределœение растворенного кислорода подвержено резким колебаниям. В ночное время содержание кислорода в воде меньше. Дыхание гидробионтов осуществляется либо через поверхность тела, либо посредством специальных органов (легки, жабры, трахея).

Минœеральные вещества. Морская вода в основном содержит ионы натрия, магния, хлора, сульфат-ион. Пресная ионы кальция и карбонат-ион.

Экологическая классификация водных организмов . В воде обитают более 150 тыс. видов животных и около 10 тыс. видов растений. Основными биотопами гидробионтов являются: толща воды (пелагиаль ) и дно водоемов (бенталь ). Различают пелагиальные организмы и бентосные. Пелагиаль делится на группы: планктон (совокупность организмов, которые не способны к активному движении и перемещаются с потоками воды) и нектон (крупные животные, двигательной активности которых достаточно для преодоления водных течений). Бентос - совокупность организмов, населяющих дно.

Водная среда. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Водная среда." 2017, 2018.

Экологическая система (экосистема) – пространственно определенная совокупность, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Различают водные и наземные природные... .