Адаптации к водной среде обитания

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

«АДАПТАЦИИ К ВОДНОЙ СРЕДЕ ОБИТАНИЯ»

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

ГЛАВА 1. Экологические группы гидробионтов………………………………5

ГЛАВА 2. Основные свойства водной среды и роль в жизни гидробионтов…8

2.1. Газовый режим…………………………………………………………8

2.2. Солевой режим…………………………………………………………9

2.3. Температурный режим………………………………………………10

2.4. Световой режим………………………………………………………..11

ГЛАВА 3. Специфические приспособления гидробионтов…………………14

3.1. Особенности адаптации растительных организмов к обитанию в воде……………………………………………………………………………….14

3.2. Особенности адаптации животных в водной среде………………..15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….17

Список использованной литературы………………………………………….18

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания. Первой стала водная, в которой возникла и распространилась жизнь. Далее организмы овладели наземно-воздушной, создали и заселили почву и сами стали четвертой специфической средой жизни.

Вода как среда обитания имеет ряд специфических свойств, таких как большая плотность, сильные перепады давления, малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей. Кроме того, водоемы и их отдельные участки различаются солевым режимом, скоростью течений, содержанием взвешенных частиц. Для некоторых организмов имеют значение также свойства грунта, режим разложения органических остатков и т.д. Поэтому наряду с адаптациями к общим свойствам водной среды ее обитатели должны быть приспособлены и к разнообразным частным условиям.

Все обитатели водной среды получили в экологии комплексное название гидробионтов. Гидробионты населяют Мировой океан, континентальные водоемы и подземные воды.

Поскольку биосфера характеризуется огромным видовым разнообразием растительных и животных организмов, не достаточно знать только морфологических и анатомических особенностей обитателей различных сред обитания, в том числе и гидробионтов. Необходимо детально рассматривать их этологию и механизмы приспособлений к водной среде на различных ступенях развития и уровнях организации с учетом таксономической принадлежности.

Цель: изучение адаптаций организмом к обитанию в водной среде.

Цель исследования определила следующие задачи:

1.     Изучить экологические группы гидробионтов;

2.     Рассмотреть свойства водной среды обитания;

3. Проанализировать специфические приспособления представителей гидробионтов.

Композиционно работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы.

ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЧЕССКИЕ ГРУППЫ ГИДРОБИОНТОВ

Наибольшим разнообразием жизни отличаются теплые моря и океаны (40 тыс видов животных) в области экватора и тропиках, к северу и югу происходит обеднение флоры и фауны морей в сотни раз. Что касается распределения организмов непосредственно в море, то основная масса их сосредоточена в поверхностных слоях (эпипелагиаль) и в сублиторальной зоне. В зависимости от способа передвижения и пребывания в определенных слоях, морские обитатели подразделяются на три экологические группы: нектон, планктон и бентос [1].

Нектон – активно передвигающиеся крупные животные, способные преодолевать большие расстояния и сильные течения: рыбы, кальмары, ластоногие, киты. В пресных водоемах к нектону относятся и земноводные и множество насекомых.

Планктон – совокупность растений (фитопланктон: диатомовые, зеленые и сине-зеленые водоросли, растительные жгутиконосцы, перидинеи и др.) и мелких животных организмов (зоопланктон: мелкие ракообразные, из более крупных – крылоногие моллюски, медузы, гребневики, некоторые черви), обитающих на разной глубине, но не способных к активным передвижениям и к противостоянию течениям. В состав планктона входят и личинки животных, образуя особую группу – нейстон. Это пассивно плавающее «временное» население самого верхнего слоя воды, представленное разными животными (десятиногие, усоногие и веслоногие ракообразные, иглокожие, полихеты, рыбы, моллюски и др.) в личиночной стадии. Выше нейстона располагается плейстон – это организмы, у которых верхняя часть тела растет над водой, а нижняя – в воде (ряска – Lemma, сифонофоры и др.). Планктон играет важную роль в трофических связях биосферы, т.к. является пищей для многих водных обитателей [3].

Планктонные организмы обладают многими сходными адаптациями, повышающими их плавучесть и препятствующими оседанию на дно. К таким приспособлениям относятся: общее увеличение относительной поверхности тела за счет уменьшения размеров, сплющенности, удлинения, развития многочисленных выростов или щетинок, что увеличивает трение о воду; уменьшение плотности за счет редукции скелета, накопления в теле жиров, пузырьков газа и т.п. (рис. 1). Плотность и вязкость воды сильно влияют на возможность активного плавания.

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– лчинка 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.

Рис. 1. Увеличение относительной поверхности тела у планктонных организмов [10].

Бентос – гидробионты дна. Представлен в основном прикрепленными или медленно передвигающимися животными (зообентос: фораминефоры, рыбы, губки, кишечнополостные, черви, плеченогие моллюски, асцидии, и др.), более многочисленными на мелководье. На мелководье в бентос входят и растения (фитобентос: диатомовые, зеленые, бурые, красные водоросли, бактерии). На глубине, где нет света, фитобентос отсутствует.

В озерах зообентос менее обилен и разнообразен, чем в море. Его образуют простейшие (инфузории, дафнии), пиявки, моллюски, личинки насекомых и др. Фитобентос озер образован свободно плавающими диатомеями, зелеными и сине-зелеными водорослями; бурые и красные водоросли отсутствуют.

Укореняющиеся прибрежные растения в озерах образуют четко выраженные пояса, видовой состав и облик которых согласуются с условиями среды в пограничной зоне «суша-вода». В воде у самого берега растут гидрофиты – полупогруженные в воду растения (стрелолист, белокрыльник, камыши, рогоз, осоки, трищетинник, тростник). Они сменяются гидатофитами – растениями, погруженными в воду, но с плавающими листьями (лотос, ряски, кубышки, чилим, такла) и – далее – полностью погруженными (рдесты, элодея, хара). К гидатофитам относятся и плавающие на поверхности растения (ряска).

Деление гидробионтов на экологические группы обусловлено различиями в условиях их существования. Это обусловлено различиями в рельефе Мирового океана, типом климата, широты, самих свойств воды в местах обитания [3].

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ВОДНОЙ СРЕДЫ

2.1 Газовый режим

Основные газы в водной среде - кислород и углекислый газ; сероводород и метан имеют второстепенное значение.

Наличие и количество растворенного кислорода в воде для гидробионтов является важнейшим экологическим фактором. Кислород поступает в воду из воздуха и выделяется растениями при фотосинтезе. В слоях, сильно заселенных животными и бактериями, может создаваться дефицит кислорода из-за усиленного его потребления, а около дна водоемов условия могут быть близкими к анаэробным [1]. При застойном режиме в небольших водоемах вода также резко обедняется кислородом. При концентрации ниже 0,3-3,5 мл/л жизнь аэробов в воде невозможна. Содержание кислорода в условиях водоема оказывается лимитирующим фактором.

Дыхание гидробионтов осуществляется как через поверхность тела, так и через специализированные органы – жабры, легкие, трахеи и даже через кожные покровы. У отдельных видов встречается комбинирование водного и воздушного дыхания (двоякодышащие рыбы, сифонофоры, дискофанты, многие легочные моллюски и др.). Вторичноводные животные сохраняют обычно атмосферный тип дыхания как энергетически более выгодный, и поэтому нуждаются в контактах с воздушной средой. К ним относятся ластоногие, китообразные, водяные жуки, личинки комаров и т. д.

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. Иногда заморы возникают и в морях.

Наряду с недостатком кислородом в водной среде живые организмы могут испытывать недостаток СО₂. СО₂ является одним из составляющих процесса фотосинтеза. Морская вода является главным резервуаром углекислого газа, так как содержит от 40 до 50 см³ газа на литр в свободной или связанной форме, что в 150 раз превышает его концентрацию в атмосфере.

Углекислый газ, содержащийся в воде, принимает участие в формировании известковых скелетных образований беспозвоночных животных и обеспечивает фотосинтез водных растений.

Кислород и углекислый газ очень важны для жизни гидробионтов. Они участвуют в процессах дыхания и фотосинтеза – наиболее важных процессов для жизнедеятельности водных организмов.

2.2 Солевой режим

В жизни водных организмов важную роль играет соленость воды или солевой режим. Химический состав вод формируется под влиянием естественно-исторических и геологических условий, антропогенном воздействии. По общей минерализации воды можно разделить на пресные с содержанием солей до 1 г/л, солоноватые (1-25 г/л), морской солености (26-50 г/л) и рассолы (более 50 г/л). Наиболее важными из растворенных веществ в воде являются карбонаты, сульфаты и хлориды (таб. 1).

Таблица 1. Состав основных солей в различных водоемах [4].

Водоемы	Карбонаты	Сульфаты	Хлориды	Соленость, г/л
Пресные воды	79,9	13,2	6,9	—
Открытый океан	0,4	10,8	88,8	35

В морской воде обнаружены 13 металлоидов и не менее 40 металлов. По степени значимости первое место занимает поваренная соль, затем хлористый барий, сернокислый магний и хлористый калий.

Поддержание водного баланса гидробионтов имеет свою специфику. Для гидробионтов существенным является 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 пресноводные формы не могут существовать в морях, морские – не переносят опреснения. Если соленость воды подвержена изменениям, животные перемещаются в поисках благоприятной среды. 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 [1].

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, и др. Солевой анабиоз – средство переживать неблагоприятные периоды в условиях переменной солености воды [5].

2.3 Температурный режим

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.

Изменение температуры в текущих водах следует за ее изменениями в окружающем воздухе, отличаясь меньшей амплитудой. 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 [1].

Летом наиболее теплые слои воды располагаются у поверхности, а холодные – у дна. Это явление прямой стратификации. Зимой, с понижением температуры, происходит обратная стратификация. Поверхностный слой воды имеет температуру близкую к 0°С. На дне температура около 4°С, что соответствует максимальной ее плотности. Таким образом, с глубиной температура повышается – температурная дихотомия. Наблюдается в большинстве наших озер летом и зимой.

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 [1].

2.4 Световой режим

На водные организмы большое влияние оказывают световой режим и прозрачность воды. Света в воде гораздо меньше, чем в воздухе, что связано с прозрачностью воды. Часть падающих на поверхность водоема лучей отражается в воздушную среду. Быстрое убывание количества света с глубиной связано с поглощением его водой [4].

Окраска животных меняется с глубиной. 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.

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 [1].

Рис. 4. Органы свечения водных животных [4]: 1– глубоководный удильщик с фонариком над зубатой пастью; 2– распределение светящихся органов у рыбы сем. Mystophidae.

В темных глубинах океана в качестве источника зрительной информации организмы используют свет, испускаемый живыми существами. Свечение живого организма получило название биолюминесценции, которая многократно возникала во многих группах организмов на разных этапах эволюции.

Свечение может быть побочным результатом жизнедеятельности клеток (бактерии, низшие растения). 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. 2). 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. Свет – фактор, влияющий на суточную активность, окраску, фотосинтез и другие приспособительные реакции гидробионтов.

ГЛАВА 3. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ГИДРОБИОНТОВ

3.1 Особенности адаптации растительных организмов к обитанию в водной среде

Водные растения имеют значительные отличия от наземных растительных организмов. Характерным для водных растений является слабое развитие проводящей ткани и корневой системы. Корневая системой служит главным образом для прикрепления к подводному субстрату и не выполняет функции минерального питания и водоснабжения, как у наземных растений. Питание водных растений осуществляется всей поверхностью их тела.

Значительная плотность воды дает возможность обитания растений во всей ее толще. У низших растений, заселяющих различные слои и ведущих плавающий образ жизни, для этого имеются специальные придатки, которые увеличивают их плавучесть позволяют им удерживаться во взвешенном состоянии. Высшие гидрофиты имеют слабо развитую механическую ткань. В их листьях, стеблях, корнях располагаются воздухоносные межклеточные полости, увеличивающие легкость и плавучесть взвешенных в воде и плавающих на поверхности органов, что также способствует смыванию внутренних клеток водой с растворенными в ней солями и газами.

Важной особенностью адаптации растений к обитанию в водной среде является и то, что листья, погруженные в воду, как правило, очень тонкие. Часто хлорофилл в них располагается в клетках эпидермиса, что способствует усилению интенсивности фотосинтеза при слабом освещении. Такие анатомо-морфологические особенности наиболее четко выражены у водяных мхов (Riccia, Fontinalis), валиснерии (Vallisneria spiralis), рдестов (Potamageton).

.

Относительно низкая температура водной среды обусловливает отмирание вегетирующих частей у погруженных в воду растений после образования зимних почек и замену летних тонких нежных листьев более жесткими и короткими зимними. Низкая температура воды отрицательно сказывается на генеративных органах водных растений, а высокая ее плотность затрудняет перенос пыльцы. В связи с этим водные растения интенсивно размножаются вегетативным путем [1].

3.2 Особенности адаптации животных к водной среде

У животных, обитающих в водной среде, по сравнению с растениями адаптивные особенности более многообразны, к ним относятся такие, как анатомо-морфологические, поведенческие и др.

Животные, обитающие в толще воды, обладают в первую очередь приспособлениями, которые увеличивают их плавучесть и позволяют противостоять движению воды, течениям. Данные же организмы вырабатывают приспособления, которые препятствуют поднятию их в толщу воды или уменьшают плавучесть, что позволяет удержаться на дне, включая и быстро текущие воды [3].

Большая группа животных, обитающих в пресной воде, при передвижении использует поверхностное натяжение воды (поверхностную пленку). По поверхности воды свободно бегают клопы водомерки (Gyronidae, Veliidae), жуки вертячки (Gerridae) и др. Жизнь на поверхности воды возможна для сравнительно мелких животных, так как масса растет пропорционально кубу размера, а поверхностное натяжение увеличивается как линейная величина [1].

Активное плавание у животных осуществляется с помощью ресничек, жгутиков, изгибания тела, реактивным способом за счет энергии выбрасываемой струи воды. Наибольшего совершенства реактивный способ передвижения достиг у головоногих моллюсков. У крупных животных нередко имеются специализированные конечности (плавники, ласты), тело их обтекаемой формы и покрыто слизью, что позволяет им развивать достаточно большую скорость передвижения, преодолевая сопротивление воды [1].

Только в водной среде встречаются животные, ведущие прикрепленный образ жизни - гидроиды (Hydroidea), коралловые полипы (Anthozoo), морские лилии (Crinoidea), двустворчатые и др. Для них характерны своеобразная форма тела, незначительная плавучесть (плотность тела больше плотности воды) и специальные приспособления для прикрепления к субстрату.

Смена условий в водной среде вызывает и определенные поведенческие реакции организмов. С изменением освещенности, температуры, солености, газового режима и других факторов связаны вертикальные (опускание вглубь, поднятие к поверхности) и горизонтальные (нерестовые, зимовальные и нагульные) миграции животных. В морях и океанах в вертикальных миграциях принимают участие миллионы тонн гидробионтов, а при горизонтальных миграциях водные животные могут преодолевать сотни и тысячи километров [1].

На Земле существует много временных, неглубоких водоемов, возникающих после разлива рек, сильных дождей, таяния снега и т. д. Общими особенностями обитателей пересыхающих водоемов является способность давать за короткие сроки многочисленное потомство и переносить длительные периоды без воды, переходя в состояние пониженной жизнедеятельности — гипобиоза [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.

1.                 Выделяют следующие группы гидробионтов: планктон, нектон, бентос. Такое деление гидробионтов на экологические группы обусловлено различиями в условиях их существования. Деление гидробионтов на экологические группы является специфической формой организации живого в гидросфере и представляет собой совокупность организмов, имеющих комплексы конвергентных адаптаций к условиям водной среды.

2.                 В данной работе были изучены следующие свойства водной среды: солевой, температурный и световой режимы, газовый состав. Изученные свойства водной среды явились основополагающими в развитии приспособлений гидробионтов к обитанию в воде.

3.                 При выполнении данной работы были рассмотрены  приспособления растительных и животных организмов к обитанию в воде.

Список использованной литературы

1.     Степановских, А.С. Общая экология / А. С. Степановских. – М.: Юнити. – 2005. – 687 с.

2.     Общая экология [Электронный источник] – Режим доступа – http://www.fictionbook.ru/author/aleksandra_mihayilovna_biylova/obshaya_yekologiya/read_online.html?page=8.htm – Дата доступа: 11.02.2016

3.     Чернова, Н.М. Экология / Н. М. Чернова, А. М. Былова. – М.: Дрофа. - 2004. – 407 с.

4.     Степановских, А.С. Общая экология / А. С. Степановских. – М.: Юнити. – 2003. – 703 с.

5.     Радкевич, В.А. Экология / В. А. Радкевич. – Минск: Высшая школа.   –

1998. – 159 с.