Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 11 клас. Остапченко - Нова програма

§ 14. АДАПТАЦІЇ ОРГАНІЗМІВ ДО УМОВ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА МЕШКАННЯ

Пригадайте основні середовища мешкання організмів на нашій планеті. Що таке гідросфера, атмосфера та літосфера? У чому полягає особливість стану анабіозу?

Мешканцям водойм - гідробіонтам — притаманні різноманітні адаптації до існування у водному середовищі.

Екологічні групи гідробіонтів і притаманні їм адаптації. Планктонні організми (від грец. планктос - блукаючий) мають адаптації до мешкання у товщі води, пов’язані із забезпеченням плавучості: дрібні розміри, різноманітні вирости тіла, полегшення або відсутність скелетних елементів, накопичення жиру, наявність пухирців, заповнених газами, високий вміст води у тканинах тощо (мал. 14.1).

Нектонні організми (від грец. нектос - плаваючий) - більшість риб, головоногих молюсків, китоподібні - здатні до активного пересування в товщі води. Їхніми адаптаціями є обтічна форма тіла і добре розвинені органи руху (мал. 14.2). Покриви представників нектону часто вкриті слизом, що зменшує тертя при пересуванні у водній товщі. Наявність у багатьох риб плавального міхура, заповненого газом, дає їм змогу з мінімальними витратами енергії змінювати положення у товщі води. Деякі з нектонних організмів (як-от, летючі риби, деякі кальмари), розігнавшися зі значною швидкістю під водою, можуть вистрибувати з неї і певну відстань пролітати над її поверхнею.

Мал. 14.1. Представники планктону: 1 - радіолярії мають особливий мінеральний скелет (зі SiO2 або SrSO4), його вирости у вигляді голок можуть виходити за межі клітини й збільшувати площу її поверхні; крім того, у поверхневому шарі їхньої цитоплазми містяться жирові включення, що зменшують щільність клітини; 2 - медуза «морська оса»; уміст води в медузах може становити до 98 %; 3 - личинка вищих раків має виріст на панцирі, який збільшує площу поверхні тіла

Організми, які мешкають на поверхні та в товщі ґрунту водойм, входять до складу бентосу (від грец. бентос - глибина): форамініфери, коралові поліпи, нематоди, багатощетинкові черви, двостулкові та деякі інші молюски, вусоногі раки, краби, омари, голкошкірі, деякі водорості, ціанобактерії, бактерії тощо. Ці організми мають адаптації до прикріплення до дна або пересування по його поверхні, заглиблення в товщу донного ґрунту тощо (мал. 14.3).

Мал. 14.2. Нектонні організми: 1 - кашалот - найбільший сучасний хижак, самці сягають довжини 20 м і мають масу до 50 т; живиться переважно головоногими молюсками, серед яких й велетенські глибоководні кальмари (2), що сягають довжини 14 м (самки); 3 - неонові літаючі кальмари, завдовжки до 60 см, можуть пролітати над поверхнею води до 50 м зі швидкістю 50 км/год

Мал. 14.3. Представники бентосу: 1 - золотий глибоководний краб (а) поруч з морськими скляними губками (кошик Венери) (б); 2 - найбільший двостулковий молюск велетенська тридакна, довжина черепашки якого сягає 1,2 м, а маса - понад 200 кг, живе близько 100 років; одна з перлин, утворених цим молюском (так звана перлина Аллаха) мала масу 6,4 кг; 3 - піскожил мешкає у морському ґрунті, у якому будує нори, що нагадують літеру U (один з видів цих багатощетинкових червів мешкає у Чорному морі); 4 - коралові поліпи на дні морів можуть утворювати великі оселення; 5 - червона водорість кораліна має своєрідний вапняковий скелет і тому зовні нагадує коралові поліпи; 6 - червоподібна тварина роду Пріапулюс адаптована до мешкання на різних глибинах - від припливно-відпливної зони до 7500 м

Мал. 14.4. Представники угруповань перифітону: 1 - двостулковий прісноводний молюск дрейсена (трикутниця) може обростати різні гідротехнічні споруди, заважаючи їхній нормальній експлуатації; 2 - завдавати шкоди людині можуть і обростання, утворені водоростями

Організми, які утворюють поселення на різних субстратах у товщі води (днища кораблів, гідротехнічні споруди тощо), належать до перифітону (від грец. пери - навколо та фітон - рослина). Це, наприклад, губки, різні представники водоростей, вусоногі ракоподібні та ін. Їхні адаптації - різноманітні способи прикріплення до поверхонь (мал. 14.4). Представники перифітону, так само як і бентосу, розселяються під час рухливої фази їхнього життєвого циклу (спори із джгутиками, личинки тощо).

Своєрідну екологічну групу - нейстон (від грец. нейстон - плаваючий) - утворюють організми, які мешкають на межі водного та повітряного середовищ (мал. 14.5). Їхнє життя пов’язане з поверхневою плівкою води. До нейстону належать клопи-водомірки, деякі одноклітинні водорості, жуки-вертячки, личинки комарів, деякі черепашкові раки. Одні з них використовують сили поверхневого натягу води для пересування по водній плівці, цьому сприяє незмочуваність тіла (клопи-водомірки, деякі види павуків). Інші організми підвішуються до водної плівки знизу (наприклад, личинки комарів, деякі ракоподібні, молодь риб).

Мал. 14.5. Представники нейстону: клоп-водомір (1) та павук-доломедес (2) мають на ногах волоски, що не змочуються водою; 3 - представник гіллястовусих ракоподібних роду Скафолеберіс здатний прикріплюватися до водної плівки з нижнього боку та пересуватись уздовж неї

Мал. 14.6. Амфібіонтні організми: 1 - тритон гребінчастий належить до хвостатих амфібій, поширений на більшій частині території України; навесні і в першій половині літа мешкає у прісних водоймах, у другій половині літа виходить на суходіл; 2 - стрілиця звичайна (стрілолист) формує різні типи листків: над поверхнею води - стрілоподібної форми, підводні - стрічкоподібні; 3 - в молюска ампулярії мантійна порожнина розділена перетинкою на дві частини: одна містить зябру, яка забезпечує дихання розчиненим у воді киснем, інша - слугує легенею, що забезпечує використання атмосферного кисню

Окрему групу складають амфібіонтні організми (від грец. амфі - з обох боків, подвійний та біос - життя), які відносно добре адаптовані до існування як у водному, так і наземно-повітряному середовищі. Типовими амфібіонтами є амфібії, серед рослин - стрілолист, або стрілиця (мал. 14.6).

Екологічні фактори, які відіграють провідну роль у водному середовищі. Різні зони Світового океану різняться за характером дії екологічних факторів, головними з яких є температура, освітленість, тиск, газовий режим, солоність, рельєф дна, швидкість пересування водних мас тощо. Висока питома теплоємність води зумовлює значно менші коливання температури у поверхневих шарах порівняно з повітрям (річна амплітуда температур у поверхневих шарах океану не перевищує 10-15 °С, а на великих глибинах температура взагалі стала - від +1,5 до +2,0 °С). Гідробіонти, які мешкають у континентальних водоймах, зазвичай стійкіші до коливань температури води порівняно з мешканцями морів. Для теплолюбних видів гідробіонтів характерна підвищена термостійкість білків і статевих клітин, а їхні ферменти активніші за вищих значень температури.

Освітленість водойм швидко зменшується зі збільшенням глибини. Тож на глибині понад 150-250 м фотосинтезуючі організми жити не можуть. Адаптаціями до мешкання на великих глибинах є здатність до біолюмінесценцїі - виділення світла внаслідок окиснення специфічної ліпідної сполуки (люциферину) за участі ферменту люциферази (мал. 14.7).

Мал. 14.7. Явище біолюмінесценції: 1 - велетенська сифонофора: її колонія сягає завдовжки 50 м, мешкає на глибинах 700-1000 м; 2 - невеликий кальмар-світлячок мешкає біля берегів Японії на глибинах до 400 м

У мешканців великих глибин часто відсутній або недорозвинений вапняковий скелет, оскільки в умовах високого тиску на великій глибині кальцій карбонат стає розчинним у воді. Так, у глибоководних форамініфер скелет стає органічним або заміщується барій карбонатом, у губок він складається з кремнезему. У певних видів глибоководних риб кістковий скелет заміщується хрящовим. Унаслідок існування в суцільній темряві у глибоководних тварин часто відсутні очі або, навпаки, їхній розмір значно збільшується (телескопічні очі). Забарвлення таких організмів зазвичай темне або бліде.

Різні типи водойм відрізняються за своїм сольовим складом. Мешканці прісних водойм виводять надлишок води з організму (скоротливі вакуолі одноклітинних еукаріотів, органи виділення багатоклітинних). За високої солоності води організми, навпаки, вимушені запобігати її виходу назовні (зокрема, завдяки непроникним для води покривам та особливостям функціонування органів виділення).

Зміна інтенсивності освітленості, температури, вмісту солей, газів тощо може спричинити вертикальні міграції організмів. Так, після випадіння рясних дощів верхні шари морів опріснюються, й гідробіонти переміщуються у глибші шари води зі сталою солоністю. Рачки еуфаузиїди вдень мігрують у верхні шари води, оскільки сонячні промені потрібні їм для утворення вітаміну А з каротиноїдів, отриманих з їжею.

Адаптації гідробіонтів до пересихання водойм. Організми, які населяють водойми, що тимчасово або періодично пересихають, зазвичай мають короткі періоди розвитку і здатні за невеликий проміжок часу значно збільшувати свою чисельність. Посушливий період ці істоти переживають у неактивному стані (у вигляді яєць, цист, спор тощо). Так, яйця рачків-щитнів (мал. 14.8, 1) або голих зяброногів у висушеному стані можуть перебувати до 8-15 років, не втрачаючи життєздатності.

Мал. 14.8. Адаптації гідробіонтів до пересихання водойм: 1 - щитень - мешканець тимчасових водойм України - вид, вік якого перевищує 200 млн років; 2 - африканський протоптер

На період посухи деякі гідробіонти закопуються у ґрунт (війчасті і малощетинкові черви, водні комахи та їхні личинки, деякі риби тощо), інколи формуючи зовнішню захисну оболонку. Наприклад, дводишна риба - африканський протоптер (мал. 14.8, 2), може закопуватись у мул на глибину до 1 м й утворювати навколо себе захисну капсулу із часток мулу, склеєних слизом шкірних залоз. У такому стані риба може перебувати до 9 місяців (в умовах експерименту - до 4 років) і виходить з нього лише після того, як водойма заповнюється водою. Так само посуху переживають і риби наших прісних водойм - в’юни.

Ключові терміни та поняття

гідробіонти, планктон, нектон, бентос, перифітон, нейстон, амфібіонтні організми.

Перевірте здобуті знання

1. На які екологічні групи поділяють гідробіонтів? 2. Що спільного та відмінного між організмами планктону та нектону? 3. Схарактеризуйте організми, що входять до складу угруповань бентосу. 4. Які адаптації притаманні представникам перифітону? 5. Як гідробіонти адаптуються до переживання періодів висихання водойм?

Поміркуйте

Обґрунтуйте, чому життя могло зародитися саме у водному середовищі.