Наземно-повітряне середовище мешкання. Ґрунт як середовище мешкання.

Ґрунт як середовище мешкання.

Живі організми як середовище мешкання.

 

   У процесі історичного розвитку живі організми освоїли чотири середовища існування. Перше  – вода. У воді життя зародилося і розвивалося багато мільйонів років. Друге – наземно-повітряне – на суші і в атмосфері виникли і бурхливо адаптувалися до нових умов рослини і тварини. Поступово перетворюючи верхній шар суші - літосфери, вони створили третє місце існування – ґрунт, а самі стали четвертим місцем існування для паразитів.

Водне середовище мешкання

Вода покриває 71% площі земної поверхні. Основна маса води зосереджена в морях і океанах – 94-98%, в полярних льодах міститься близько 1,2% води і зовсім мала частка – менше 0,5% зосереджена в прісних водах річок, озер і боліт.

   У водному середовищі мешкає близько 150 000 видів тварин і 10 000 рослин, що складає відповідно всього 7 і 8 % від загального числа видів на Землі.

У морях та океанах, як в горах, виражена вертикальна зональність. Особливо сильно різняться за екологічними умовами пелагіаль – вся товща води та бенталь – дно. Пелагіаль по вертикалі ділиться на зони: епіпелагіаль, батіпелагіаль, абісопелагіаль ультраабісопелагіаль (рис. 3).

 

Рис. 3 Екологічні зони Світового океану

 

Залежно від крутизни спуску і глибини на дні виділяють декілька зон, яким відповідають зони пелагіалі:

- літоральна – кромка берега, що заливається під час припливів;

- супраліторальна – частина берега вища за верхню припливну межу, куди долітають бризки прибою;

- субліторальна – плавне пониження суші до 200м;

- батіальна – круте пониження суші (материковий схил);

- абісальна – плавне пониження дна океанського ложа; глибина обох зон разом досягає 3-6 км.

- ультраабісальна – глибоководні западини від 6 до 10 км.

Екологічні групи гідробіонтів.

Найбільшою різноманітністю життя відрізняються теплі моря і океани (40000 видів тварин) в області екватора і тропіках, на північ і південь відбувається збіднення флори і фауни морів в сотні разів. Що стосується розподілу організмів безпосередньо в морі, то основна маса їх зосереджена в поверхневих шарах (эпіпелагіаль) і в субліторальній зоні. Залежно від способу пересування і перебування в певних шарах, морські мешканці підрозділяються на три екологічні групи: нектон, планктон і бентос.

Нектон (nektos – плаваючий) - крупні тварини, що активно пересуваються, здатні долати великі відстані і сильні течії: риби, кальмари, ластоногі, кити. У прісних водоймах до нектону відносяться земноводні і безліч комах.

Планктон (planktos – блукаючий) – сукупність рослин (фітопланктон: діатомові, зелені і синьо-зелені водорості) і дрібних тваринних організмів (зоопланктон: джгутиконосці, дрібні ракоподібні, крилоногі молюски, медузи, гребнівики, деякі черв'яки), що мешкають на різній глибині, але не здатні до активних пересувань і до протистояння течіям. До складу планктону входять і личинки тварин, утворюючи особливу групу – нейстон. Це пасивно плаваюче «тимчасове» населення самого верхнього шару води, представлене різними тваринами (десятиногі, вусоногі і веслоногі ракоподібні, голкокожі, поліхети, риби, молюски) в личинковій стадії. Личинки, дорослішаючи, переходять в нижні шари пелагіалі. Вище нейстона розташовується плейстон – це організми, у яких верхня частина тіла росте над водою, а нижня – у воді (ряска – Lemma, сифонофорита ін.). Планктон відіграє важливу роль в трофічних зв'язках біосфери, оскільки є їжею для багатьох водних мешканців, зокрема основним кормом для вусатих китів (Myatcoceti).

Бентос (benthos – глибина) – гідробіонти дна. Представлений в основному прикріпленими або такими, що поволі пересуваються, тваринами (зообентос: форамініфери, риби, губки, кишковопорожнинні, черв'яки, молюски, асцидії), більш чисельними на мілководді. На мілководді в бентос входять і рослини (фітобентос: діатомові, зелені, бурі, червоні водорості, бактерії). На глибині, де немає світла, фітобентос відсутній. Найбільш багаті на фітобентос кам'янисті ділянки дна.

В озерах зообентос менш рясний і різноманітний, ніж в морі. Його утворюють прості (інфузорії, дафнії), п'явки, молюски, личинки комах та ін. Фітобентос озер утворений вільно плаваючими діатомеями, зеленими і синьо-зеленими водоростями; бурі та червоні водорості відсутні.

 

Фізико-хімічна характеристика водного середовища.

Висока щільність  водного середовища визначає особливий склад і характер зміни факторів життєзабезпечення. Одні з них такі ж, що і на суші – тепло, світло, інші специфічні: тиск води (з глибиною збільшується на 1 атмосферу на кожні 10 м), вміст кисню, склад солей, кислотність. Завдяки високій щільності середовища, значення тепла і світла з градієнтом висоти змінюються набагато швидше, ніж на суші.

Тепловий режим. Для водного середовища характерний менший прихід тепла, тому що значна частина його відбивається і не менш значна частина витрачається на випаровування. У порівнянні з наземним середовищем вода має меншу амплітуду коливань добових і сезонних температур. Більше того, водойми істотно вирівнюють хід температур в атмосфері прибережних районів. При відсутності льодового панцира моря в холодну пору року водойми мають утеплюючий вплив на прилеглі території суші, а влітку – охолоджувальний і зволожуючий.

Діапазон значень температури води в Світовому океані складає 38° (від -2 до +36°С), в прісних водоймах – 26° (від -0,9 до +25°С). З глибиною температура води різко падає. До 50 м спостерігаються добові коливання температури, до 400 м – сезонні, глибше вона стає постійною, +1- +3°С. Оскільки температурний режим у водоймах порівняно стабільний, їх мешканцям властива стенотермність.

У зв'язку з різним ступенем прогрівання верхніх і нижніх шарів впродовж року, припливами і відливами, течіями, штормами відбувається постійне перемішування водних шарів. Роль перемішування води для водних мешканців виключно велика, оскільки при цьому вирівнюється розподіл кисню і поживних речовин усередині водойм, забезпечуючи обмінні процеси між організмами і середовищем.

 У стоячих водоймах (озерах) помірних широт навесні і осінню має місце вертикальне перемішування, і в ці сезони температура у всьому водоймі стає однорідною, тобто наступає гомотермія. Влітку і зимою в результаті різкого посилення прогрівання або охолодження верхніх шарів перемішування води припиняється. Це явище називається температурною дихотомією, а період тимчасового застою – стагнацією (літньою або зимовою). Влітку легші теплі шари залишаються на поверхні, розташовуючись над важкими холодними. Взимку, навпаки, в придонному шарі тепліша вода, оскільки безпосередньо під льодом температура поверхневих вод менша +4°С і вони через фізико-хімічні властивості води стають більш легкими, ніж вода з температурою, вищою за +4°С.

У періоди стагнацій чітко виділяються три шари: верхній (епілімніон) з найбільш різкими сезонними коливаннями температури води, середній (металімніон або термоклін), в якому відбувається різкий стрибок температур, і придонний (гіполімніон), в якому температура протягом року змінюється слабо. У періоди стагнацій в товщі води утворюється дефіцит кисню – влітку в придонній частині, а взимку і у верхній, внаслідок чого відбуваються замори риби.

Світловий режим. Інтенсивність світла у воді сильно послаблена через його віддзеркалення поверхнею і поглинання самою водою. Це сильно позначається на розвитку фотосинтезуючих рослин.

Поглинання світла тим сильніше, чим менше прозорість води, яка залежить від кількості зважених в ній частинок (мінеральні суспензії, планктон). Зменшується вона при бурхливому розвитку дрібних організмів влітку, а в помірних і північних широтах – ще і взимку, після встановлення льодового покриву і укриття його зверху снігом.

Прозорість характеризують граничною глибиною, на якій ще видно білий диск, що спеціально опускається, діаметром близько 20 см (диск Секі). Найпрозоріші води — в Саргасовому морі: диск видно до глибини 66,5 м. У Тихому океані диск Секкі видно до 59 м, в Індійському — до 50 м, в дрібних морях — до 5—15м. Прозорість річок в середньому 1—1,5 м, а в найкаламутніших річках всього декілька сантиметрів.

У океанах, де вода дуже прозора, на глибину 140 м проникає 1% світловій радіації, а в невеликих озерах на глибину 2 м проникають всього лише десяті долі відсотка. Промені різних частин спектру поглинаються у воді неоднаково, спочатку поглинаються червоні промені. З глибиною колір води стає спочатку зеленим, потім блакитним, синім і в кінці – синьо-фіолетовим, переходячи в повний морок. Відповідно міняють колір і гідробіонти, що адаптуються не тільки до складу світла, але і до його нестачі – хроматична адаптація. У світлих зонах, на мілководдях, переважають зелені водорості (Chlorophyta), хлорофіл яких поглинає червоні промені, з глибиною вони зміняються бурими (Phaephyta) і далі червоними (Rhodophyta). На великих глибинах фітобентос відсутній.

До нестачі світла рослини пристосувалися розвитком хроматофорів крупних розмірів, а також збільшенням площі асимілюючих органів (індексу листової поверхні). Для глибоководних водоростей типове сильно розітнуте листя, пластинки листя тонкі, серпанкові. Для напівзанурених і плаваючих рослин характерна гетерофілія – листя над водою такі ж, як у наземних рослин, мають цілісну пластинку, розвинений продиховий апарат, а у воді листя вузьке ниткоподібне та дуже тонке.

Тварини, як і рослини, закономірно змінюють своє забарвлення з глибиною. У верхніх шарах вони яскраво забарвлені в різні кольори, в сутінковій зоні (морський окунь, корали, ракоподібні) забарвлені в кольори з червоним відтінком, бо так  зручніше ховатися від ворогів. Глибоководні види позбавлені пігментів. У темних глибинах океану як джерело зорової інформації організми використовують світло, що генерується живими істотами- біолюмінесценція.

Висока щільність (1 г/см³, що в 800 разів більше за щільність повітря) і в'язкість води ( у 55 разів вища за повітря) призвели до розвитку спеціальних адаптацій гідробіонтів. Так, у рослин дуже слабо розвинені або зовсім відсутні механічні тканини – опорою є сама вода. Більшості властива плавучість за рахунок повітряновмістних міжклітинних порожнин. Характерне активне вегетативне розмноження, розвиток гідрохорії – винесення квітконосів над водою і розповсюдження пилку, насіння і спор поверхневими течіями.

У тих тварин, що живуть в товщі води і активно плавають, тіло має обтічну форму і змащено слизом, що зменшує тертя при пересуванні. Розвинені пристосування для підвищення плавучості: скупчення жиру в тканинах, плавальні міхури у риб, повітряновмістні порожнини у сифонофор. У пасивно плаваючих тварин збільшується питома поверхня тіла за рахунок виростів, шпильок, придатків; тіло сплющується, відбувається редукція скелетних органів. Різні способи пересування: вигинання тіла, за допомогою джгутиків, вій, реактивний спосіб пересування (головоногі молюски).У придонних тварин зникає або слабо розвинений скелет, збільшуються розміри тіла, звичайна редукція зору, розвиток органів дотику.

Течії. Характерна ознака водного середовища – рухливість. Вона обумовлена припливами і відливами, морськими течіями, штормами, різними рівнями висот.

 У проточних водоймах рослини міцно прикріплюються до нерухомих підводних предметів. Це зелені і діатомові водорості, водяні мохи, які утворюють щільний покрив на швидких перекатах річок. В прибійно-відливній смузі морів багато тварин  також мають пристосування для прикріплення до дна (черевоногі молюски, вусоногі раки), або ж ховаються між камінням. У риб проточних вод тіло в поперечнику кругле, а у риб, що мешкають у дна, як і у придонних безхребетних тварин, тіло плоске. У багатьох на черевній стороні є органи фіксації до підводних предметів.

Солоність води. Природним водоймам властивий певний хімічний склад. Переважають карбонати, сульфати, хлориди. У прісних водоймах концентрація солей не більше 0,5 ‰ (причому близько 80% складають карбонати), у морях – від 12 до 35 ‰ (в основному хлориди і сульфати). При солоності більше 40 промілеводойму називають гіпергалінною або пересоленою.

У прісній воді (гіпотонічне середовище) добре виражені процеси осморегуляції. Гідробіонти вимушені постійно видаляти воду, яка в них надходить, вони гомойосмотичні (інфузорії кожні 2-3 хвилини «прокачують» через себе кількість води, що дорівнює її вазі). У солоній воді (ізотонічне середовище) концентрація солей в тілах і тканинах гідробіонтів однакова (ізотонічна) з концентрацією солей, розчинених у воді, – вони пойкілоосмотичні. Тому у мешканців солоних водойм осморегуляторні функції не розвинені, і вони не змогли заселити прісні водойми.

Водні рослини здатні поглинати воду і поживні речовини з води всією поверхнею, тому у них сильно розчленоване листя і слабо розвинені провідні тканини і коріння. Коріння служить в основному для прикріплення до підводного субстрату.

Типові морські і типові прісноводі види – стеногалінні, не витримують значних змін в солоності води. Еврігалінних видів небагато. Вони звичайні в солоноватих водах (прісноводий судак, щука, лящ, кефаль, приморські лососі).

Склад газів у воді. У воді кисень  - найважливіший екологічний чинник. У насиченій киснем воді вміст його не перевищує 10 мл в 1 л, це в 21 раз нижче, ніж в атмосфері. При перемішуванні води, особливо в проточних водоймах і при зменшенні температури вміст кисню зростає. Деякі риби дуже чутливі до дефіциту кисню (форель, харіус) і тому віддають перевагу холодним гірським річкам і струмкам. Інші риби (карась, сазан, плітка) невибагливі до вмісту кисню і можуть жити на дні глибоких водойм. Багато водяних комах, личинки комарів, легеневі молюски теж толерантні до вмісту кисню у воді, тому що вони час від часу піднімаються до поверхні і заковтують свіже повітря.

Вуглекислого газу у воді достатньо - 40-50 см³/л, що майже в 150 разів більше, ніж в повітрі. Він використовується у фотосинтезі рослин і йде на формування вапняних скелетних утворів тварин (раковини молюсків, покриви ракоподібних, каркаси радіолярій та ін.).

Кислотність. У прісноводих водоймах кислотність води, або концентрація водневих іонів, варіює набагато сильніше, ніж в морських – від pH=3,7-4,7 (кислі) до pH=7,8 (лужні). Багато в чому саме кислотністю води визначається видовий склад рослин  та гідробіонтів. У кислих водах боліт ростуть сфагнові  мохи і живуть у великій кількості раковини корененіжки, але немає молюсків-жабурниць (Unio), рідко зустрічаються інші молюски. У лужному середовищі розвиваються багато видів рдестів, елодея. Більшість прісноводих риб живуть в діапазоні pH від 5 до 9 і масово гинуть за межами цих значень. Максимально продуктивні води з рН 6,5-8,5.

Кислотність може служити індикатором швидкості загального метаболізму угруповання. У водах з низьким рН міститься мало біогенних елементів, тому продуктивність тут украй мала.

Гідростатичний тиск в океані має велике значення. Із зануренням у воду на 10 м тиск зростає на 1 атмосферу. У найглибшій частині океану тиск досягає 1000 атмосфер. Багато тварин здатні переносити різкі коливання тиску, особливо якщо у них в тілі немає вільного повітря. Інакше можливий розвиток газової емболії. Високий тиск, характерний для великих глибин, як правило, пригнічує процеси життєдіяльності.

За кількістю доступної для гідробіонтів органічної речовини водойми можна розділити на: - оліготрофні (блакитні і прозорі) – небагаті на корм, глибокі, холодні; - еутрофні (зелені) – багаті на корм, теплі; дистрофні (коричневі) – бідні на корм, кислі внаслідок попадання великої кількості гумінових кислот ґрунту. Евтрофікація – збагачення водойм органічними поживними речовинами під дією антропогенного чинника (н-д, спуску стічних вод).

Екологічна пластичність гідробіонтів. Прісноводі рослини і тварини екологічно  більш пластичні (еврітермні, еврігалінні), ніж морські, мешканці прибережних зон  більш пластичні (евритермні) ніж глибоководні. Є види, що володіють вузькою екологічною пластичністю по відношенню до одного чинника (лотос – стенотермний вигляд, рачок артемія (Artimia solina) – стеногалінний) і широкою, – по відношенню до інших. Залежить пластичність і від віку, і  від фази розвитку.

Звук розповсюджується у воді швидше, ніж в повітрі. Орієнтація на звук розвинена у гідробіонтів в цілому краще, ніж зорова. Ряд видів уловлює навіть коливання дуже низької частоти (інфразвуки), що виникають при зміні ритму хвиль. Ряд гідробіонтів відшукує їжу і орієнтується за допомогою ехолокації—сприйняття відбитих звукових хвиль (китоподібні). Багато хто сприймає відбиті електричні імпульси, генеруючи при плаванні розряди різної частоти.

Найбільш стародавній спосіб орієнтації, властивий всім водним тваринам, - сприйняття хімізму середовища. Хеморецептори багатьох гідробіонтів володіють надзвичайною чутливістю.