Мельчайшие организмы толщи воды
Мельчайшие организмы толщи воды объединяют в понятие «планктон» (от греческого «planktos» – парящий, блуждающий). Мир планктона огромен и разнообразен. Сюда входят организмы, населяющие толщу морей, океанов, озер и рек. Они обитают везде, где есть малейшее количество воды. Это могут быть даже самые обычные лужи, ваза с цветами с застоявшейся водой, фонтаны и др.
Планктонное сообщество наиболее древнее и важное с многих точек зрения. Планктон существует около 2 млрд. лет. Они были первыми организмами, которые когда-то населяли нашу планету. Организмы планктона были первыми, кто начал снабжать нашу планету кислородом. И сейчас около 40% кислорода продуцируется водными растениями и в первую очередь планктонными. Планктон имеет большое значение в пищевом балансе водных экосистем, так как им питаются многие виды рыб, киты и некоторые птицы. Он является основным источником жизни морей и океанов, крупных озер и рек. Воздействие планктона на водные ресурсы настолько велико, что он может оказывать воздействие даже на химический состав вод.
В состав планктона входят фитопланктон, бактериопланктон и зоопланктон. В основном это малые организмы, размер которых чаще всего не превышает десятки микрометров для водорослей и несколько сантиметров для зоопланктона. Однако, большая часть животных имеет значительно меньшие размеры. К примеру, размер самой крупной пресноводной дафнии достигает всего 5 мм.
Однако большинство людей знают о планктоне совсем немного, хотя количество организмов в водоемах крайне велико. К примеру, количество бактерий в одном кубическом сантиметре воды достигает 5-10 млн. клеток, водорослей – в том же объеме – десятки-сотни тысяч, а зоопланктонных организмов – сотни экземпляров. Это почти невидимый мир. Связано с тем, что большинство организмов планктона имеют очень малые размеры, и чтобы их рассмотреть, необходим микроскоп с достаточно большим увеличением. Организмы, входящие в состав планктона находятся в толще воды в состоянии парения. Они не могут противостоять переносу их течениями. Однако об этом можно говорить лишь в общих чертах, так как в спокойной воде многие планктонные организмы могут передвигаться (хотя и медленно) в определенном направлении. Водоросли, меняя плавучесть, перемещаться вертикально в пределах нескольких метров. Днем они находятся в верхнем хорошо освещенном слое воды, а ночью опускаются на три-четыре метра глубже, где больше минеральных веществ. Зоопланктон в морях и океанах ночью поднимается в верхние слои, где отфильтровывает микроскопические водоросли, а утром опускается на глубину до 300 метров и более.
Кто же входит в состав планктона? Большая часть планктонных организмов всю свою жизнь проводит в толще воды и не связана с твердым субстратом. Хотя покоящиеся стадии многих из них в зимнее время оседают на дно водоема, где пережидают неблагоприятные условия. В то же время среди них есть и такие, которые проводят только часть жизни в толще воды. Это меропланктон (от греч. «meros» – часть). Оказывается, личинки многих донных организмов – морских ежей, звезд, офиур, червей, моллюсков, крабов, кораллов и других ведут планктонный образ жизни, разносятся течениями и, в, конечном счете, находят места для дальнейшего обитания, оседают на дно и уже до конца жизни не покидают его. Это связано с тем, что донные организмы по сравнению с планктоном находятся в невыгодном положении, т.к. сравнительно медленно передвигаются с места на место. Благодаря планктонным личинкам они разносятся течениями на большие расстояния, точно так же, как семена наземных растений разносятся ветром. Икра некоторых рыб и их личинки также ведут планктонный образ жизни.
Как мы уже отмечали, большинство планктонных организмов – это настоящие планктеры. В толще воды они рождаются, там же они и умирают. В его состав входят бактерии, микроскопические водоросли, различные животные (простейшие, коловратки, ракообразные, моллюски, кишечнополостные и др.).
У планктонных организмов выработались приспособления, облегчающие им парение в толще воды. Это всевозможные выросты, уплощение тела, газовые и жировые включения, пористый скелет. У планктонных моллюсков произошла редукция раковинки. Она у них, в отличие от донных организмов, очень тонкая, а иногда – еле видимая. Многие планктонные организмы (такие как медузы) имеют студенистые ткани. Все это позволяет им без каких-то существенных энергетических затрат поддерживать тело в толще воды.
Многие планктонные ракообразные совершают вертикальные миграции. В ночное время они поднимаются к поверхности, где поедают водоросли, а ближе к рассвету опускаются на глубину несколько сот метров. Там, во тьме они скрываются от рыб, которые с удовольствием их поедают. Кроме того, низкая температура снижает обмен веществ, а соответственно и энергетические траты на поддержание жизнедеятельности. На больших глубинах плотность воды выше, чем у поверхности, и организмы находятся в состоянии нейтральной плавучести. Это позволяет им без каких-либо затрат находиться в толще воды. Фитопланктон населяет в основном поверхностные слои воды, куда проникает солнечный свет. Ведь водорослям, так же как и наземным растениям, для развития необходим свет. В морях они обитают до глубины 50-100 м, а в пресных водоемах – до 10-20 метров, что связано с разной прозрачностью этих водоемов.
В океанах глубины обитания водорослей – это тончайшая пленка огромной толщи вод. Однако, несмотря на это микроскопические водоросли являются первопищей для всех водных организмов. Как уже отмечалось, их размер не превышает несколько десятков микрометров. Только размер колоний достигает сотен микрометров. Этими водорослями питаются ракообразные. Среди них нам наиболее известен криль, куда в основном входят эвфаузиидовые раки размером до 1,5 см. Рачков поедают рыбы-планктофаги, а их, в свою очередь, более крупные и хищные рыбы. Крилем питаются киты, которые отфильтровывают их в огромных количествах. Так, в желудке голубого кита длиной 26 м нашли 5 миллионов этих рачков.
Морской фитопланктон планктон в основном состоит из диатомовых водорослей и пиридиней. Диатомовые водоросли господствуют в полярных и приполярных морских (океанских) водах. Их настолько велико, что кремниевые скелеты после их отмирания образуют донные отложения. Диатомовыми илами покрыта большая часть дна холодных морей. Они залегают на глубинах порядка 4000 м и более и состоят главным образом из створок крупных диатомей. Мелкие панцири обычно растворяются, не достигнув дна. Минерал диатомит является продуктом диатомовых водорослей. Количество створок в диатомей в некоторых районах океана достигает 100-400 миллионов в 1 грамме ила. Диатомовые илы со временем трансформируются в осадочные породы, из которых образуется «диатомовая земля» или же минерал диатомит. Он состоит из мельчайших пористых кремневых раковинок и используется в качестве фильтрующего материала или сорбента. Этот минерал используется для изготовления динамита.
В 1866-1876 гг. шведский химик и предприниматель Альфред Нобель изыскивал пути и способы производства сильнодействующего взрывчатого вещества. Нитроглицерин – весьма эффективное взрывчатое вещество, однако он самопроизвольно взрывается при небольших толчках. Установив, что для предотвращения взрывов достаточно пропитать жидким нитроглицерином диатомовую землю, Нобель создал безопасную взрывчатку – динамит. Таким образом, обогащение Нобеля и установленные его завещанием известные «Нобелевские премии» свои существованием обязаны мельчайшим диатомовым водорослям.
В теплых водах тропиков характерно более высокое видовое разнообразие, по сравнению с фитопланктоном арктических морей. Здесь наиболее разнообразны водоросли перидинеи. В морском планктоне широко распространены известковые жгутиковые кокколитофориды и кремнежгутиковые силикофлагелляты. Кокколитофориды в основном населяют тропические воды. Известковые илы, состоящие в том числе из скелетов кокколитофорид, широко распространены в Мировом океане. Чаще всего они встречаются в Атлантическом океане, где ими покрыто более 2/3 поверхности дна. Однако, в илах в больших количествах представлены раковинки фораминифер, относящихся к зоопланктону.
Визуальные наблюдения за морскими или океаническими водами позволяют по окраске воды легко устанавливать распределение планктона. Синева и прозрачность вод свидетельствует о скудости жизни; в такой воде практически некому отражать свет, кроме самой воды. Голубой цвет – это цвет морских пустынь, где плавающие организмы попадаются очень редко. Зеленый цвет – безошибочный индикатор растительности. Поэтому, когда рыбаки встречают зеленую воду, они знают: поверхностные слои богаты растительностью, а там, где много водорослей, всегда изобилуют питающиеся ими животные. Фитопланктон справедливо называют пастбищем моря. Микроскопические водоросли – основная пища большого количества обитателей океана.
Темно-зеленый цвет воды говорит о наличии большой массы планктона. Оттенки воды свидетельствуют о наличии тех или иных планктонных организмов. Это очень важно для рыбаков, так как характер планктона определяет род рыбы, обитающей в данном районе. Опытный рыбак может уловить тончайшие оттенки цвета морской воды. В зависимости от того, ловит ли он рыбу в «зеленой», «желтой» или «красной» воде, «опытный глаз» может с достаточной степенью вероятности предсказать характер и размеры улова.
В пресных водоемах преобладают синезеленые, зеленые, диатомовые и динофитовые водоросли. Обильное развитие фитопланктона (так называемое «цветение» воды) изменяет цвет и прозрачность воды. В пресных водоемах чаще всего наблюдается цветение синезеленых, а в морях – перидиней. Выделяемые ими токсичные вещества снижают качество воды, что приводит к отравлению животных и человека, а в морях вызывает массовую гибель рыб и других организмов.
Окраска воды в тех или иных районах или морях иногда бывает настольно характерной, что моря получали свое название по цвету воды. Например, своеобразный цвет Красного моря вызван присутствием в нем синезеленой водоросли триходесмиум (Trichodesmium egythraeum), имеющей пигмент, придающей воде красновато-коричневый оттенок; или Багряное море — прежнее название Калифорнийского залива.
Своеобразную окраску воде придают некоторые относимые к растениям динофлагелляты (например, Gonyaulax и Gymnodinium) В тропических и умеренных теплых водах эти существа порой размножаются так быстро, что море становится красным. Рыбаки называют это явление «красным приливом». Огромные скопления динофлагеллят (до 6 млн. клеток в 1 литре воды) крайне ядовиты, поэтому во время «красного прилива» погибают многие организмы. Эти водоросли не только ядовиты сами по себе; они выделяют ядовитые вещества, которые затем накапливаются в организмах, поедающих динофлагеллят. Любое существо, будь то рыба, птица или человек, съев такой организм, получает опасное отравление. К счастью, явление «красного прилива» носит местный характер и случается не часто.
Воды морей окрашиваются не только присутствием водорослей, но и зоопланктоном. Большинство эвфаузиид прозрачны и бесцветны, однако некоторые из них окрашены в ярко-красный цвет. Такие эвфаузииды обитают в более холодных северных и южных полушариях и иногда скапливаются в таких количествах, что все море окрашивается в красный цвет.
Окраску воде придают не только микроскопические планктонные водоросли, но и различные частицы органического и неорганического происхождения. После сильного дождя реки приносят множество минеральные частиц, из-за чего вода приобретает различные оттенки. Так, глинистые частицы, приносимые рекой Хуанхэ, придают Желтому морю соответствующий оттенок. Река Хуанхэ (от кит. – Желтая река) за свою мутность и получила свое название. Многие реки и озера содержат такое количество гуминовых соединений, что их воды становятся темными – бурыми и даже черными. Отсюда названия многих из них: Рио-Негро – в Южной Америке, Черная Вольта, Нигер – в Африке. Многие наши реки и озера (и расположенные на них города) из-за цвета воды носят названия «черная».
В пресных водоемах окрашивание воды за счет развития водорослей проявляется чаще и интенсивнее. Массовое развитие водорослей вызывает явление «цветения» водоемов. В зависимости от состава фитопланктона вода окрашивается в различные цвета: от зеленых водорослей Eudorina, Pandorina, Volvox – в зеленый цвет; от диатомей Asterionella, Tabellaria, Fragilaria – желтовато-бурый цвет; от жгутиковых Dinobryon – в зеленоватый, Euglena – в зеленый, Synura – в коричневый, Trachelomonas – в желтовато-коричневый цвета; от динофитовых Ceratium – в желто-бурый цвет.
Суммарная биомасса фитопланктона невелика по сравнению с биомассой питающегося им зоопланктона (соответственно, 1,5 млрд. тонн и более 20 млрд. т). Однако из-за быстрого размножения водорослей их продукция (урожай) в Мировом океане почти в 10 раз больше суммарной продукции всего живого населения океана. Развитие фитопланктона во многом зависит от содержания в поверхностных водах минеральных веществ, таких как фосфатов, соединений азота и других. Поэтому в морях наиболее обильно развиваются водоросли в районах подъема глубинных вод, богатых минеральными веществами. В пресных водоемах поступление смываемых с полей минеральных удобрений, различных бытовых и сельскохозяйственных стоков приводит к массовому развитию водорослей, что отрицательно сказывается на качестве вод. Микроскопическими водорослями питаются мелкие планктонные организмы, которые в свою очередь служат пищей более крупным организмам и рыбы. Поэтому в районах наибольшего развития фитопланктона много зоопланктона и рыбы.
Роль бактерий в составе планктона велика. Они минерализуют органические соединения (в том числе и различные загрязнители) водоемов и вновь включают их в биотических круговорот. Сами бактерии являются пищей для многих зоопланктонных организмов. Численность планктонных бактерий в морях и чистых пресных водоемах не превышает 1 млн. клеток в одном миллилитре воды (один кубический сантиметр). В большинстве пресных водоемах их численность изменяется в пределах 3-10 млн. клеток в одном миллилитре воды.
Источник
Океан и его обитатели: интересные факты, которые можно обсудить с детьми
И обзор книги «Океан» от Элен Дрювер и издательства «МИФ»
Океан возник на Земле более четырех миллиардов лет назад изо льда комет и пара, который извергали в атмосферу исполинские вулканы. Он стал великой сценой, на которой разворачивалась мистерия зарождения жизни. Все мы – далёкие родственники тех, кто когда-то жил в океанах!
Сегодня на Земле учёные выделяют пять океанов: Атлантический, Тихий, Индийский, Северный Ледовитый и Южный , но все вместе они составляют единый водный массив, который покрывает более 70% поверхности Земли. Поэтому нашу планету и называют голубой. Самый большой и глубокий из них — Тихий океан, следующий по размеру — Атлантический, затем Индийский — самый теплый из всех, и, наконец, самый маленький и холодный — Северный Ледовитый. Омывающие Антарктиду воды иногда относят к южным частям Тихого, Атлантического и Индийского океанов, а иногда считают отдельным Южным океаном.
В водах Мирового океана обитает более трёхсот тысяч известных науке видов живых существ. В их числе синий кит — самое большое из всех животных, когда-либо обитавших на Земле, — и двустворчатый моллюск арктика исландская, который может жить свыше пятисот лет!
Будучи единым целым, океан включает в себя множество разных экосистем. Среди них скалистые побережья, подводные луга, поросшие самым долгоживущим растением на свете — морской травой посидонией, а также обширные песчаные равнины, коралловые рифы, подводные вулканы и леса из гигантских водорослей. Здесь же, на дне океана, находится и самый длинный в мире горный хребет Срединно-Атлантический. Он начинается в Северном Ледовитом океане и пересекает центральную часть Атлантического с севера на юг. Он в четыре раза длиннее, чем Гималаи, Анды и Скалистые горы, вместе взятые. Самое глубокое место расположено в центре Тихого океана, возле острова Гуам. Это Марианская впадина, которая уходит в недра нашей планеты на 10 911 метров.
Моря меньше океанов и не такие глубокие. Они могут далеко вдаваться в континенты и сообщаться с океаном узкими проливами, как Средиземное и Белое моря; прилегать к континенту и слабо отделяться от океана, как Северное море; а могут и вовсе не иметь берегов, как Саргассово море, отделенное от окружающих вод океанскими течениями. Не имеющие соединения с океаном «моря» — Мертвое, Каспийское, Аральское — на самом деле озера.
В океане жизнь существует повсюду: на каждом уровне, от поверхности до самых придонных глубин, есть свои обитатели. В световой зоне — на глубине до двухсот метров, куда проникает достаточно солнечного света, — условия для жизни растений и всевозможных организмов благоприятны. На этом «этаже» сосуществуют фитопланктон, посидония, водоросли, кораллы — всё то, чем питаются большинство морских жителей. За световой зоной следует сумеречная зона. Света сюда проникает очень мало, поэтому и обитателей здесь значительно меньше. В ночной зоне, на глубине от тысячи до четырех тысяч метров, царят полная темнота и ледяной холод, а давление невероятно высокое. Здесь живут необычные на вид существа, приспособленные к таким экстремальным условиям, и многие из них сами излучают свет. Но растений и водорослей здесь уже не найти.
Океаны, как и леса, — настоящие лёгкие нашей планеты: они производят кислород, которым мы дышим, очищают воздух от токсинов и управляют климатом, работая как кондиционер для всей Земли. Мировой океан — это огромный завод по производству дождя. Главный двигатель гигантского конвейера, Солнце, нагревает водяную поверхность. Вода испаряется, поднимается в виде пара в верхнюю часть атмосферы и образует облака. Они время от времени сбрасывают избыток влаги в виде осадков — дождя или снега, а потом отправляются дальше.
Осадки питают водой сушу, озера, реки и болота, но больше всего влаги возвращается обратно в океан. Этот цикл повторяется снова и снова. Упавшие на сушу капли дождя собираются в ручейки, сливаются с талой водой от снега или ледников. Напоив растения, влага просачивается в трещины горных пород, чтобы после долгого и порой весьма извилистого пути достигнуть слоя подземных грунтовых вод. У всей этой пресной воды — ледников, горных ручейков, рек и грунтовых потоков — цель лишь одна: снова вернуться в океан!
Чем ближе к берегу, тем меньше глубина. Волна за волной набегают на берег, и их форма зависит от формы дна. Если оно поднимается к поверхности плавно, волны получаются небольшие и округлые. Если же дно обрывистое, волны куда более крутые, беспокойные и сильные. Когда волны ударяются о береговой утес или корпус большого судна, они отражаются от него, как эхо, и устремляются в обратном направлении, наталкиваясь на встречные волны. Океан в смятении не знает, в какую сторону бежать, его движения становятся беспорядочными и непредсказуемыми, и тогда возникают сильный прибой и коварные прибрежные течения, столь опасные для купальщиков.
Все живые существа объединены по своим пищевым пристрастиям в единую цепь, как бусины в ожерелье. В этой последовательности каждый вид служит пищей кому-то еще. Первое звено этой цепи — первичный продуцент, который питается солнечной энергией и растворенным в воде углекислым газом. Так осуществляется удивительный процесс — фотосинтез. В океане роль первичного продуцента играют водоросли. Вторая бусина ожерелья — это животные (первичные консументы), которые питаются водорослями (продуцентами). За ними следуют хищники (консументы второго и треть его порядка), от мелких до самых крупных. Однако и высшим хищникам, занимающим вершину пищевой пирамиды, тоже суждено стать жертвами: животные-падальщики поедают их тела после смерти, а прожорливые бактерии разлагают их останки вплоть до последней частицы. Эти организмы-сапрофаги замыкают пищевой круг, подобно застежке ожерелья.
Многие глубоководные животные производят свет, чтобы в этой лишенной ориентиров бескрайней тьме приманивать пищу, привлекать брачных партнеров и отпугивать врагов. Этот свет, или биолюминесценция, возникает при воздействии фермента люциферазы на белок люциферин. Подобное свечение называют холодным, поскольку, в отличие, например, от огонька свечи, оно почти не производит тепла. Биолюминесценция возникает в организме животных сама по себе или создается особыми бактериями, которые обитают в пузырьках под кожей. Свечение позволяет этим существам общаться друг с другом в вечной ночи, как это делают кальмары-светлячки, а также маскироваться от врагов, как стеклянные кальмары. Другие виды животных используют свет для самозащиты.
Холодные полярные воды — одни из самых богатых в мире. Это крупнейшая кладовая криля, основного корма множества животных. В частности, уже упомянутый выше синий кит всего за сутки может проглотить четыре тонны криля, то есть около тридцати пяти миллионов мелких рачков. Все обитатели полярных регионов приспособлены к экстремальным холодам. От мороза и ветра их защищают густой мех, плотное непроницаемое оперение или толстый слой подкожного жира. В этих ледяных краях обитают даже рыбы, кровь которых насыщена природным антифризом!
На дне океанов лежат и пускают дым великаны. Их одеяния стали им слишком тесны и лопнули по швам, а из прорех вырываются огромные черные облака. На самом деле это вулканы, расположенные на стыке тектонических плит. Только извергается из них не лава, а разогретая от соприкосновения с магмой морская вода. Она не закипает из-за огромного давления. «Черные курильщики» обогащают океан железом, способствуя развитию ценного фитопланктона. Минеральные соли, растворенные в жидком дыме, выпадают в осадок, и трубообразный вулкан постепенно растет. Их высота может достигать ста метров.
На абиссальную зону приходится 85% всего объема мирового океана, и, несмотря на царящие там ледяной холод и почти полную темноту, эта среда изобилует жизнью. По оценкам специалистов, число живых организмов, обитающих на глубоководье, достигает от десяти до тридцати миллионов видов. Все последние тридцать лет — с тех пор, как наука по-настоящему принялась за исследование океанических глубин, — учёные в среднем каждые две недели открывают новый вид.
Несмотря на то что океан занимает основную часть земной поверхности, он до сих пор остается для нас неизведанным: на сегодняшний день исследовано лишь 5% этого пространства. Более двух миллионов видов живых организмов ждут, когда же ученые откроют и опишут их!
Больше удивительной информации вы сможете найти в книге «Океан» от Элен Дрювер и издательства «МИФ», которую можно купить здесь.
Источник