Введение
Любой живой организм на нашей планете приспособлен к жизни в той или иной среде. Адаптации - эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамичных экологических факторов.
Каждый живой организм обитает только там, где все экологические факторы соответствуют всем необходимым условиям для их существования. Те особи, которые не приспособлены к данным условиям, вымирают.
Существуют несколько видов адаптаций:
I. Морфологические адаптации. Примером такой адаптации могут служить растения пустынь, они лишены листьев и их строение приспособлено таким образом, чтобы терять минимальное количество влаги.
II. Физиологические адаптации. Такие адаптации заключаются, например, в том, что процесс фотосинтеза отражает способность растений органические вещества из неорганических в условиях строго определенного газового состава атмосферного воздуха. Или в том, что представители пустынь обеспечивают потребность во влаге путём биохимического окисления жиров.
III. Поведенческие адаптации. Такие адаптации проявляются у хищников в процессе выслеживания добычи.
Одной из сред обитания живых организмов является вода. Данная среда обитания имеет ряд уникальных свойств, например, достаточно большая плотность, сильные перепады давления, довольно малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей. К тому же все водоёмы и даже их отдельные участки имеют разный солевой режим, свою скорость течения и содержание взвешенных частиц. Для многих организмов и грает большую роль такие факторы, как свойство грунта, режим разложения органических остатков и т.д. Поэтому наряду с общими адаптациями к водной среде, у обитателей водоёмов должен быть ряд приспособлений к частным условиям [1].
Название «гидробионты» в экологии получили все обитатели водной среды. Представители группы гидробионтов населяет все водоёмы Земли, а также подземные воды. Водную оболочку нашей планеты можно назвать колыбелью жизни, её толщи и океаническое ложе хранят множество загадок. Более трёх миллиардов лет назад появление жизни именно в океане положило начало формирования биосферы планеты. И, сейчас, занимая более 70% поверхности Земли, он определяет во многом, в сочетании с материковыми экосистемами, целостность современной биосферы Земли [2].
Черты адаптации гидробионтов к водной среде
В связи с воздействием давления в водной среде, многие организмы приспособились к таким условиям жизни. Так, некоторые виды, распространённые на разных глубинах, способны переносить давление от нескольких до сотен атмосфер. Например, голотурии рода Elpidia, черви Priapulus caudatus обитают от прибрежной зоны до ультраабиссали. Инфузории-туфельки, сувойки и другие организмы могут выдерживать давление до 6 · 107 Па (600 атм).
Но вместе с тем многие водные обитатели живут только на определённых глубинах. Это характерно чаще всего для мелководных и глубоководных видов. На литорали обитают кольчатые черви пескожилы, моллюски морские блюдечки, эти организмы можно встретить только в данном водном слое. Многие рыбы, головоногие моллюски, морские звёзды и др. можно встретить только на больших глубинах при давлении не менее 400-500 атм. Также важна плотность воды для парения бесскелетных форм в воде, т.к. они приспособлены только к этому образу жизни. Взвешенные в воде организмы составляют особую группу гидробионтов – планктон.
Одноклеточные и колониальные водоросли, простейшие, медузы, гребневики, моллюски, рачки, личинки донных животных, икра рыб и многое другое составляет планктон. Эти организмы обладают многими адаптациями, помогающими им сохранять плавучесть в толще воды. Среди них такие приспособления, как:
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.
Помимо такого фактора, как давление, условия жизни гидробионтов значительно усложнены ещё и трудностью дыхания. Обусловлено это тем, что содержание в воде кислорода не превышает 10 мл в 1 л, что в 21 раз ниже, чем в атмосфере. Верхние слои воды богаче кислородом, чем нижние, за счёт способа поступления его в данную среду (фотосинтез водорослей и диффузии из воздуха). С повышением же температуры и солёности воды концентрация кислорода понижается, и около дна водоёмов условия могут быть близки к анаэробным. Поэтому среди водных обитателей много тех, которые способны переносить широкие колебания содержания кислорода. 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. 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. 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.
Для гидробионтов очень важно поддерживать определённое количество воды в теле при её избытке в окружающей среде. Это объясняется тем, что излишнее количество воды в клетках вызывает изменение осмотического давления и нарушение важнейших жизненных функций. Практически все организмы, живущие в водной среде, обладают пойкилосмотичностью, осмотическое давление в их теле зависит от уровня солёности воды. Поэтому пресноводные виды не могут существовать в морях, а морские – в пресной воде. Если солёность воды меняется, все живые организмы перемещаются в места с более благоприятными условиями. Так, многие морские беспозвоночные опускаются на глубину до 100 метров при опреснении поверхностных слоёв моря.
Позвоночные животные, обитающие в воде, осмотическое давление не зависит от концентрации соли, они являются гомойлосмотическими. Поэтому перед ними стоит угроза обводнения, если из организма не удаляется избыток воды. У простейших это происходит за счёт работы выделительных вакуолей, у многоклеточных – удалением воды через выделительную систему. Так, некоторые инфузории постоянно выделяют количество воды, равное объёму тела.
Если же вода, в которой обитают определённые организмы, гипертонична по отношению к жидкостям тела гидробионтов, у них может начаться обезвоживание, что объясняется осмотическими потерями. Такие огранизмы защищают себя повышением концентрации солей в своём теле. 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. Существуют также виды, способные обитать как в пресных, так и в солёных водоёмах. В основном это виды, населяющие эстуарии рек, лиманы и другие солоноватоводные водоемы.
Для всего живого немаловажен также и такой фактор, как температурный режим. Он более устойчив в воде, чем на суше. Это связано с физическими свойствами воды, которые способствуют тому, что при получении или отдачи значительного количества тепла не происходит резкого изменения температуры. Испарение воды препятствует перегреванию нижних слоёв, так как поглощается большое количество энергии, а образование льда сопровождается выделением также большим количеством энергии, что не замедляет охлаждение тех же слоёв воды.
Годовая амплитуда температур в водоёмах довольна мала. Несмотря на то, что водная среда отличается значительным разнообразием температурных условий, перепад температур ярко выражен только на границе верхних слоёв, для которых характерен сезонный перепад температур, и нижних, где тепловой режим постоянен. Это явление называется зоной температурного скачка или термоклина. Наиболее сильно термоклин выражен в тёплых морях, так как там перепад наружных и глубинных вод наиболее сильно заметен. В связи с тем, что температурный режим в воде наиболее устойчив, чем на суше, среди гидробионтов наиболее ярко выражена стенотермность, чем среди сухопутных организмов. Стенотермные организмы – это организмы, приспособленные к относительно постоянным температурным условиям среды и не выносящие их колебания [5].
Существуют также эвритермные организмы, противоположные стенотермным. Они более приспособлены к жизни в условиях резких перепадов температур. Встречаются такие организмы в основном в мелких континентальных водоемах и на литорали морей высоких и умеренных широт, где значительны суточные и сезонные колебания температуры.
Световой режим. Количество света водной среде немного меньше, чем на суше. Происходит это потому, что часть падающих на поверхность воды лучей отражается от неё. Чем ниже положение солнца, тем сильнее отражаются солнечные лучи, поэтому световой день в водоёмах намного короче, чем на суше.
Быстрое убывание света с глубиной связано также с тем, что он поглощается водой. Поглощение лучей с разной длиной волны происходит не одновременно. Так, красные луч поглощаются уже недалеко от поверхности воды, а сине-зелёные проникают намного глубже. Сумерки в воде сначала становятся зелёными, затем голубыми, синие и синефеолетовые, а затем наступает полный мрак. В связи с этим с глубиной происходит смена цветов водорослей. Сначала произрастают зелёные водоросли, а с глубиной они сменяются бурыми и красными. Происходит это потому, что они улавливают разную длину световой волны.
Окраска животных меняется с глубиной так же закономерно. Наиболее яркую и разнообразную окраску имеют обитатели литоральной и сублиторальной зон. Многие же глубинные организмы вовсе не имеют пигментов. В сумеречной зоне наиболее распространена красная окраска. Она является дополнительной к сине-феолетовому цвету этих глубин и позволяет поглощать больше света за счёт такой окраски тела. Данное приспособление помогает животным скрываться от врагов, так как красный цвет в синефиолетовых лучах зрительно воспринимается как черный. Такую окраску имеют морской окунь, красный коралл, многие ракообразные и т.д.
У некоторых организмов, живущих у поверхности воды, глаза разделены на две части, каждая из которых обладает разной способностью преломления световых лучей. Одна половина глаза предназначена для того, чтобы видеть над поверхностью воды, а вторая – в её толще. Такая особенности характерна жуков-вертячек американской рыбки Anableps tetraphthalmus, одного из тропических видов морских собачек Dialommus fuscus. Эта рыба при отливах выставляет над поверхностью воды часть головы.
Чем прозрачнее вода, тем поглощение света происходит более интенсивно. Прозрачность воды зависит от содержания в ней взвешенных частиц. Прозрачность воды определяют предельной глубиной, на которой ещё виден белый диск, специально опускаемый в водоём (диск Секки). Этот показатель далеко не одинаков в разных водоёмах, поэтому варьируется и границы фотосинтеза. Водная среда по этому показателю делится на 3 зоны: эуфотическую (зона фотоситеза, простирается до 200 м), дистофическую (сумеречную, до 1000-1500) и афотичекую, куда солнечный свет не проникает.
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.
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. В наземной обстановке биолюминесценция развита лишь у немногих видов, сильнее всего – у жуков из семейства светляков, которые используют световую сигнализацию для привлечения особей другого пола в сумеречное или ночное время.
4.1.3. Некоторые специфические приспособления гидробионтов Способы ориентации животных в водной среде. Жизнь в постоянных сумерках или во мраке сильно ограничивает возможности зрительной ориентации гидробионтов. В связи с быстрым затуханием световых лучей в воде даже обладатели хорошо развитых органов зрения ориентируются при их помощи лишь на близком расстоянии. Звук распространяется в воде быстрее, чем в воздухе. Ориентация на звук развита у гидробионтов в целом лучше, чем зрительная. Ряд видов улавливает даже колебания очень низкой частоты (инфразвуки), возникающие при изменении ритма волн, и заблаговременно спускается перед штормом из поверхностных слоев в более глубокие (например, медузы). Многие обитатели водоемов – млекопитающие, рыбы, моллюски, ракообразные – сами издают звуки. Ракообразные осуществляют это трением друг о друга различных частей тела; рыбы – с помощью плавательного пузыря, глоточных зубов, челюстей, лучей грудных плавников и другими способами. Звуковая сигнализация служит чаще всего для внутривидовых взаимоотношений, например для ориентации в стае, привлечения особей другого пола и т. п., и особенно развита у обитателей мутных вод и больших глубин, живущих в темноте. Ряд гидробионтов отыскивает пищу и ориентируется при помощи эхолокации– восприятия отраженных звуковых волн (китообразные). Многие воспринимают отраженные электрические импульсы, производя при плавании разряды разной частоты. Известно около 300 видов рыб, способных генерировать электричество и использовать его для ориентации и сигнализации. Пресноводная рыбка водяной слон (Mormyrus kannume) посылает до 30 импульсов в секунду, обнаруживая беспозвоночных, которых она добывает в жидком иле без помощи зрения. Частота разрядов у некоторых морских рыб доходит до 2000 импульсов в секунду. Ряд рыб использует электрические поля также для защиты и нападения (электрический скат, электрический угорь и др.). Для ориентации в глубине служит восприятие гидростатического давления. Оно осуществляется при помощи статоцистов, газовых камер и других органов. Наиболее древний способ ориентации, свойственный всем водным животным, – восприятие химизма среды. Хеморецепторы многих гидробионтов обладают чрезвычайной чувствительностью. В тысячекилометровых миграциях, которые характерны для многих видов рыб, они ориентируются в основном по запахам, с поразительной точностью находя места нерестилищ или нагула. Экспериментально доказано, например, что лососи, искусственно лишенные обоняния, не находят устья своей реки, возвращаясь на нерест, но никогда не ошибаются, если могут воспринимать запахи. Тонкость обоняния чрезвычайно велика у рыб, совершающих особенно далекие миграции. Специфика приспособлений к жизни в пересыхающих водоемах. На Земле существует много временных, неглубоких водоемов, возникающих после разлива рек, сильных дождей, таяния снега и т. п. В этих водоемах, несмотря на краткость их существования, поселяются разнообразные гидробионты. Общими особенностями обитателей пересыхающих бассейнов являются способности давать за короткие сроки многочисленное потомство и переносить длительные периоды без воды. Представители многих видов при этом закапываются в ил, переходя в состояние пониженной жизнедеятельности – гипобиоза. Так ведут себя щитни, ветвистоусые рачки, планарии, малощетинковые черви, моллюски и даже рыбы – вьюн, африканский протоптерус и южноамериканский лепидосирен из двоякодышащих. Многие мелкие виды образуют цисты, выдерживающие засуху, – таковы солнечники, инфузории, корненожки, ряд веслоногих рачков, турбеллярий, нематоды рода Rhabditis. Другие переживают неблагоприятный период в стадии высокоустойчивых яиц. Наконец, некоторым мелким обитателям пересыхающих водоемов присуща уникальная способность высыхать до состояния пленки, а при увлажнении возобновлять рост и развитие. Способность переносить полное обезвоживание организма выявлена у коловраток родов Callidina, Philodina и др., тихоходок Macrobiotus, Echiniscus, нематод родов Tylenchus, Plectus, Cephalobus и др. Эти животные населяют микроводоемы в подушках мхов и лишайников и адаптированы к резким изменениям режима влажности. Фильтрация как тип питания. Многие гидробионты обладают особым характером питания – это отцеживание или осаждение взвешенных в воде частиц органического происхождения и многочисленных мелких организмов
Такой способ питания, не требующий больших затрат энергии на поиски добычи, характерен для пластинчатожаберных моллюсков, сидячих иглокожих, полихет, мшанок, асцидий, планктонных рачков и др. (рис. 42). Животные-фильтраторы выполняют важнейшую роль в биологической очистке водоемов. Мидии, обитающие на площади 1 м2, могут прогонять через мантийную полость 150–280 м3 воды за сутки, осаждая взвешенные частицы. Пресноводные дафнии, циклопы или самый массовый в океане рачок Calanus finmarchicus отфильтровывают в день до 1,5 л воды на особь. Литоральная зона океана, особенно богатая скоплениями фильтрующих организмов, работает как эффективная очистительная система [3].
Заключение
На нашей планете обитает большое количество видов растений и животных, для которых вода является непосредственной средой обитания. Водная среда обитания организма - это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства водной среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям. С экологических позиций среда - это природные тела и явления, которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях [4]
Свойства среды во многом определяют пути адаптации ее обитателей, их образ жизни и способы использования ресурсов, создавая цепи причинно-следственных зависимостей. Так, высокая плотность воды делает возможным существование планктона, а наличие парящих в воде организмов – предпосылка для развития фильтрационного типа питания, при котором возможен и сидячий образ жизни животных. В результате формируется мощный механизм самоочищения водоемов биосферного значения. В нем участвует огромное количество гидробионтов, как бентосных, так и пелагиальных, от одноклеточных простейших до позвоночных животных. По расчетам, вся вода в озерах умеренного пояса пропускается через фильтрационные аппараты животных от нескольких до десятков раз в течение вегетационного сезона, а весь объем Мирового океана профильтровывается в течение нескольких суток. Нарушение деятельности фильтраторов различными антропогенными воздействиями создает серьезную угрозу в поддержании чистоты вод.»
Список литературы
1. Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д. Экология / В.Ф. Панин, А.И. Сечин, В.Д. Федосова – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014 – 327 с.
2. Передельский Л.В., Коробкин В.И., Приходченко О.Е. Экология / Л.В. Передельский, В.И. Коробкин, О.Е. Приходченко – М.: "Кнорус", 2009 – 345 с.
3. Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология / Н.М. Чернова, А.М. Былова – М.: «Дрофа», 2004 – 416 с.
4.https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fstud.wiki%2Fbiology%2F2c0b65625b3bd68a5d43b89421306c36_0.html&d=1 (дата обращения: 08.09.2019)
5. Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь / И.И. Дедю – Кишинёв: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии, 1989