Водная среда обитания характеристика, особенности и факторы (Таблица)
Первой средой жизни стала вода — водная среда обитания. Именно в ней возникла жизнь. По мере исторического развития многие организмы начали заселять наземно-воздушную среду. В результате появились наземные растения и животные, которые эволюционировали, адаптируясь к новым условиям существования.
Водная среда обитания хараткеристика таблица
Общая характеристика водной среды
Вода как средство обитания имеет ряд специфических свойств, таких, как большая плотность, сильные перепады давления, относительно малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и другое. Водоемы и отдельные их участки различаются, кроме того, солевым режимом, скоростью горизонтальных перемещений (течений), содержанием взвешенных частиц. Обитатели водной среды получили в экологии общее название гидробионтов.
Гидросфера занимает до 71% площади земного шара. Организмы, обитающие в водной среде, называются гидробионтами. В водной среде обитает около 150 000 видов животных (примерно 7% от общего количества их на земном шаре) и 10 000 видов растений (8%). Подсчитано, что биологический круговорот воды морей и океанов, рек и озер происходит за 2 млн. лет, т. е. именно столько времени требуется, чтобы вся она прошла через живое вещество (совокупность всех живых организмов) планеты.
Экологические зоны Мирового океана
В океане вместе с входящими в него морями различают прежде всего две экологические области: толщу воды — пелагиаль и дно — бенталь. В зависимости от глубины бенталь делиться на сублиторальную зону -область плавного понижения суши до глубины примерно 200 м, батиальную — область крутого склона и абиссальную зону — область океанического ложа со средней глубиной 3-8 км. Еще более глубокие области бентали называют литоралью. Выше уровня приливов часть берега, увлажняемая брызгами прибоя, получила название супралиторапи.
Экологические зоны Мирового океана (по КонстантиновуА.С., 1967г.).
Экологические группы гидробионтов
Толща воды — пелагиаль заселена пелагическими организмами, способными активно плавать или удерживаться в определенных слоях. В соответствии с этим пелагические организмы подразделяются на две группы — нектон и планктон. Обитатели дна образуют третью экологическую группу организмов — бентос.
Нектон — это совокупность активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном.
Планктон — это совокупность организмов, не обладающих способностью к быстрым активным передвижениям.
Бентос совокупность организмов, обитающих на дне водоемов.
Скрость водообмена в водной среде
Вода на Земле находится в постоянном движении. Смена воды в реках происходит в среднем 30 раз в год, то есть каждые 12 дней. Воды проточных озер обмениваются за десятки лет, а непроточных за 200-300лет. Воды Мирового океана обновляются в среднем за 3000лет.
Основные абиотические факторы водной среды
Факторы водной среды
Колебания воды в Мировом океане сравнительно невелики: от -2°С до +36°С. В пресных внутренних водоемах умеренных широт температура поверхностных слоев воды колеблется от -0,9°С до +25°С. Исключением являются термальные источники, теплые, горячие и кипящие, температура воды в которых может достигать +100°С. Благоприятный температурный режим исключает как слишком высокие температуры, которые вызывают свертывание белков, так и слишком низкие, когда прекращается работа ферментов.
Плотность и вязкость.
Плотность воды превышает плотность воздуха в 800раз, поэтому у водных растений очень слабо или вообще не развита механическая ткань, обеспечивающая растению прочность, вследствие чего их стебли эластичны и легко изгибаются. Большинству водных растений присуща плавучесть и способность находиться в толще воды во взвешенном состоянии. Они то поднимаются к поверхности, то вновь опускаются. У многих водных животных покровы обильно смазываются слизью, уменьшающей трение при передвижении, а тело имеет обтекаемую форму. На разных глубинах животные испытывают различное давление. В среднем в водной толще на каждые 10 м глубины давление возрастает на 1 атм. Глубоководные приспособились к высокому давлению (до 1000 атм), обитатели же поверхностных слоев ему не подвержены.
Прозрачность и световой режим
К данным факторам наиболее чувствительны фотосинтезирующие растения. В мутных водоемах они обитают только в поверхностном слое, а там, где прозрачность воды более высока, они проникают на значительные глубины. Мутность воды создается огромным количеством взвешенных в ней частиц минеральных веществ (глина, ил) и мелких организмов, что ограничивает проникновение солнечных лучей. Световой режим обусловлен также закономерным убыванием света с глубиной. При этом лучи солнечного света с разной длиной волны поглощаются неодинаково: быстрее всего поглощаются красные, тогда как сине-зеленые проникают на значительные глубины. Цвет среды с глубиной меняется, постепенно переходя от зеленоватого к зеленому, затем к голубому, синему, сине-фиолетовому, сменяемому постоянным мраком. Соответственно этому с глубиной зеленые водоросли уступают место бурым и красным, пигменты которых приспособлены к улавливанию солнечных лучей с более короткими длинами волн.
Соленость водной среды
В водах Мирового океана содержатся почти все встречающиеся на Земле элементы. Масса минеральных веществ (в граммах), растворенных в 1 л воды, называется соленостью. Единицей солености является промилле (‰), что соответствует содержанию 1г минеральных веществ в 1 литре воды.
В морях, где испарение превышает осадки и сток пресных вод с материков, соленость повышена (до 40-45 %о), а там, где осадки и сток больше испарений, соленость понижена (3-5 %о), и вода становится пресной. В подземных водах с концентрацией солей свыше 270 Ко жизнь отсутствует. Средняя соленость воды близка к 35 %о, т. е. в 1 л воды содержится около 35 г растворенных солей, главным образом, хлоридов, сульфатов и карбонатов. С соленостью растворов связано явление осмоса. Осмос — односторонняя диффузия растворенных в воде веществ через клеточную полупроницаемую мембрану. Мембраны клеток легко проницаемы для воды и почти не прони-цаемы для веществ, растворенных в клеточном соке. Интересен механизм осморегуляции у пресноводных и морских рыб. Из-за разницы в осмотическом давлении вне и внутри тела в организм постоянно проникает вода, и гидробионты пресных вод вынуждены ее интенсивно удалять. В связи с этим у них хорошо выражены процессы осморегуляции. Концентрация солей в тканях морских организмов равна концентрации растворов солей в окружающей среде. Поэтому осморегуляторные функции у них не развиты в такой степени, как у пресноводных, и они не сумели заселить пресные водоемы.
Кислород попадает в водную среду двумя путями: во-первых, поступает из атмосферы, во-вторых, образуется в результате фотосинтеза зеленых растений. Разные животные проявляют неодинаковую потребность в кислороде. Например, форель и гольян очень чувствительны к его дефициту, поэтому обитают лишь в быстро текущих, холодных и хорошо перемешиваемых водах. Плотва, ерш, карась неприхотливы в этом отношении, а личинки комаров хирономид и малощетинковые черви трубочники обитают на больших глубинах, где кислород практически отсутствует. С понижением температуры растворимость кислорода, как и других газов, увеличивается.
Углекислый газ растворяется в воде примерно в 35 раз лучше кислорода (при 0°С). В воде его почти в 700 раз больше, чем в атмосфере, откуда он поступает. Большая часть углекислоты присутствует в водной среде в виде карбонатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов. Углекислый газ обеспечивает фотосинтез водных растений и принимает участие в формировании известковых скелетных образований беспозвоночных животных.
Кислотность водной среды
Водородный показатель pH — это величина, характеризующая кислотность воды. Он определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода Сн + в воде при 22°С, выраженный в молях на литр: pH = -lg Сн + . Значение pH воды легко определяется с помощью универсальной индикаторной бумаги. Вода бывает кислая (рН 7). С глубиной кислотность воды увеличивается (pH уменьшается). Большинство пресноводных рыб выдерживает кислотность со значением водородного показателя от 5 до 9. При рН _______________
Источник информации:
1. ЭКОЛОГИЯ / С.В.Алексеев, Спб. — 1997.
2. Общая экология (в схемах и в таблицах)/ Бексеитов Т.К., Павлодар — 2004.
Источник
Свойства воды. Вода как среда обитания
Вода имеет полярную молекулу. Кислород как более электроотрицательный атом оттягивает на себя общую с атомом водорода электронную плотность к себе и потому несет частичный отрицательный заряд; атомы водорода, от которых электронная плотность смещена, несут частичный положительный заряд. Таким образом, молекула воды представляет собой диполь , т.е. имеет положительно и отрицательно заряженные участки.
(Модель справа объемная, ее можно вращать при помощи нажатой левой кнопки мыши.)
2. Водородные связи.
Молекулы воды образуют друг с другом водородные связи . Они обусловлены силами притяжения между несущим частичный отрицательный заряд атомом кислорода одной молекулы и несущим частичный положительный заряд атомом водорода другой молекулы.
(Рассмотрите на модели справа, что связи образованы именно между названными выше атомами.)
Вопрос 1. Как Вы думаете: по своей природе водородные связи ближе к ковалентным или к ионным? Почему Вы так думаете?
Водородные связи обуславливают целый ряд важнейших свойств воды, в первую очередь — ее свойства как растворителя.
3. Вода как растворитель.
По отношению к воде все практически вещества можно разделить на две группы:
1. Гидрофильные (от греч. «филео» — любить, имеющие положительное сродство к воде ). Эти вещества имеют полярную молекулу, включающую электроотрицательные атомы (кислород, азот, фосфор и др.). В результате отдельные атомы таких молекул также обретают частичные заряды и образуют водородные связи с молекулами воды. Примеры: сахара, аминокислоты, органические кислоты .
2. Гидрофобные (от греч. «фобос» — страх, имеющие отрицательное сродство к воде ). Молекулы таких веществ неполярны и не смешиваются с полярным растворителем, каковым является вода, но хорошо растворимы в органических растворителях, например, в эфире, и в жирах. Примером могут служить линейные и циклические углеводороды . в т.ч. бензол .
Вопрос 2. Рассмотрите внимательно две молекулы справа. Как Вы думаете, какая из этих молекул гидрофильная, а какая — гидрофобная? Почему Вы так думаете? Не узнали ли Вы — что это за вещества?
Среди органических веществ встречаются также соединения, одна часть молекулы которых неполярна и проявляет гидрофобные свойства, а другая — полярна и, следовательно, гидрофильна.
Такие вещества называются амфипатическими .
Молекула фосфотидилсерина (одного из фосфолипидов плазматической мембраны клеток, справа) может служить примером амфипатических соединений.
Вопрос 3. Рассмотрите внимательно эту молекулу. Как Вы думаете, какая из ее частей гидрофильная, а какая — гидрофобная? Расположите молекулу так, чтобы это было максимально наглядно, создайте графический файл и в нем обозначьте гидрофильный и гидрофобный участки молекулы.
Для этого, расположив молекулу наиболее выгодным образом, скопируйте все изображение экрана в буфер обмена (нажать кнопку Print Screen ), запустите графический редактор по усмотрению (достаточно Paint — Пуск — Программы — Стандартные — Paint ), обрежьте все лишнее, а на оставшемся рисунке обозначьте любим удобным способом требуемые участки. Сделайте соответствующие подписи на рисунке и сохраните файл в папку по усмотрению.
4. Вода как растворитель в живых организмах.
По образному выражению, все мы — «живые растворы». Действительно, практически все процессы как в клетках организма, так и в межклеточной среде организма протекают именно в водных растворах.
Кроме того, со свойством воды как растворителя прямо связана транспортная функция внутренних жидкостей как у многоклеточных животных (кровь, лимфа, гемолимфа, целомическая жидкость), так и у многоклеточных растений.
5. Вода как реагент.
Важное значение воды связано также с ее химическими свойствами — как обычного вещества, вступающего в химические реакции с другими веществами. Наиболее важными являются расщепление воды под действием света ( фотолиз ) в световой фазе фотосинтеза , участие воды как необходимого реагента в реакциях расщепления сложных биополимеров (такие реакции не случайно называются реакциями гидролиза ). И, наоборот, при реакциях образования биополимеров, полимеризации, происходит выделение воды.
Вопрос 4. Какую неточность в последней фразе исправил бы химик?
Источник
Вода как среда обитания
Как среда обитания организмов вода имеет ряд специфических свойств (большая плотность, значительные перепады давления, относительно малое содержание кислорода, высокая теплоемкость, сильное поглощение солнечных лучей и др.). Отдельные водоемы различаются по солевому режиму, по наличию течений и по др. параметрам.
Обитатели водной среды в экологии называются гидробионтами. По условиям обитания гидробионтов в любом водоеме можно выделить различные зоны. Рассмотрим экологические зоны мирового океана. В океане вместе с входящими в него морями можно выделить две основные экологические зоны: толщу воды – пелагиаль и дно – бенталь. Бенталь в зависимости от глубины подразделяется на зоны: сублитораль– область плавного увеличения глубины до 200 м; батиаль – крутой склон дна; абиссаль – океаническое ложе со средней глубиной 3–6 км; ультраабиссаль – впадины океанического ложа; литораль– кромка берега, заливаемая приливами; супралитораль – часть берега, увлажняемого брызгами прибоя.
Совокупность организмов, живущих на дне океана называется бентос, а живущих в толще воды – пелагос.
Пелагиаль также делится на зоны соответствующие зонам бентали: эпипелагиаль, батипелагиаль, абиссопелагиаль.Нижняя граница эпипелагиали (
200м) определяется количеством проникающего солнечного света, достаточным для фотосинтеза. Глубже этих зон зеленые растения не могут существовать. В сумеречных батиальных и полных мрака абиссальных глубинах обитают лишь микроорганизмы и животные.
Основные свойства водной среды.
Плотность воды – фактор, определяющий условия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. Максимальная плотность чистой (дистиллированной) воды достигается при температуре 4 о С и равна 1 г/см 3 . Природные воды имеют плотность до 1,35 г/см 3 . Давление растёт с глубиной в среднем на 1·10 5 Па (1 атм) на каждые 10м.
Гидробионты более эврибатны, нежели сухопутные организмы. Так, некоторые виды червей могут обитать и в прибрежной зоне и в ультраабиссали. Однако некоторые гидробионты стенобатны, т.е. обитают на строго определённых глубинах. Плотность воды обеспечивает возможность опираться на неё, что является необходимым условием парения в воде. Многие организмы приспособились именно к этому образу жизни и объединяются в особую экологическую группу гидробионтов – планктон. Планктон – это одноклеточные водоросли, простейшие, медузы, некоторые моллюски, мелкие рачки, личинки донных животных, икра и мальки рыб и др. Различают фитопланктон – водоросли и зоопланктон – остальное. Планктон не преодолевает течения и переносится ими на большие расстояния, однако некоторые его виды могут активно перемещаться по вертикали за счет регулирования плавучести тела.
Животных, способных к быстрому плаванию и преодолению сильных течений, объединяют в экологическую группу нектон – это рыбы, кальмары, дельфины. Их быстрое передвижение в воде возможно за счёт сильно развитой мускулатуры, сопряжённой с обтекаемой формой тела. Животные используют следующие основные способы движения в воде: реактивный; за счёт изгибания тела; с помощью конечностей.
Кислородный режим водоёмов.
В насыщенной кислородом воде содержание его составляет не менее 10 мл на 1 л, что в 21 раз меньше, чем в атмосфере. Кислород поступает в воду в основном за счёт фотосинтеза в водорослях и диффузии из воздуха. Поэтому верхние слои водоёмов богаче кислородом, чем нижние. С повышением температуры и солёности воды концентрация кислорода уменьшается. В слоях, сильно заселённых гидробионтами, может ощущаться дефицит кислорода из-за повышенного его потребления. Около дна водоёмов условия могут быть анаэробными.
Многие гидробионты эвриоксибионтны (сазан, линь, карась и др.); ряд видов стеноксибионтны и существуют лишь при высоком содержании кислорода (радужная форель, кумжа, гольян и др.). Многие виды способны впадать в состояние аноксибиоза при недостатке кислорода.
Дыхание гидробионтов осуществляется различными путями: поверхностью тела; жабрами; лёгкими; трахеями. При этом в ходе эволюции выработались различные адаптации, интенсифицирующие дыхание (утончение покровов тела и увеличение относительной его поверхности, перемешивание прилегающих к телу слоёв воды, комбинирование водного и воздушного дыхания и др.)
Недостаток кислорода приводит к заморам, сопровождающимся гибелью множества гидробионтов. Зимние заморы обусловлены образованием ледяного покрова, а летние повышением температуры воды и, как следствие, уменьшением растворимости кислорода в воде. Заморы, кроме недостатка кислорода, могут быть вызваны повышением концентрации в воде токсичных газов – метана (СН4), сероводорода (Н2S), диоксида серы (SО2), и др., образующихся в результате разложения органических веществ на дне водоемов.
Солевой режим водоёмов.
Особенностью гидробионтов является поддержание определенного количества воды в теле при её избытке в окружающей среде, т.к. изменение количества воды в клетках приводит к изменению в них осмотического давления и нарушению важнейших жизненных функций.
Водные обитатели в основном пойкилоосмотичны: осмотическое давление в их теле зависит от солёности окружающей воды, основной способ поддержания своего солевого баланса у них – выбор мест обитания с подходящей их потребностям солёностью: пресноводные не живут в морях, морские – не переносят опреснения. При изменении солёности воды животные мигрируют в поисках благоприятной среды. Так, например, при опреснении поверхностных слоёв моря после сильных дождей радиолярии, морские рачки и др. опускаются на глубину до 100 м.
Водные позвоночные, высшие раки, насекомые и их личинки являются гомойоосмотическими, сохраняя постоянное осмотическое давление в теле независимо от концентрации солей в воде.
Если соки тела гипертоничны по отношению к окружающей воде, то организмам угрожает обводнение, иначе – обезвоживание.
Защита организмов от этих неблагоприятных явлений обеспечивается различными путями: изменение концентрации солей в теле; наличие непроницаемых для воды покровов; переход в состояние солевого анабиоза.
Эвригалинных видов, способных в активном состоянии обитать как в пресной, так и в соленой воде немного, причем это в основном виды, населяющие дельты рек, лиманы и др. солоноватоводные водоемы.
Температурный режим водоемов.
Физические свойства воды обусловливают более устойчивый температурный режим по сравнению с наземно-воздушной средой по следующим причинам:
– высокая удельная теплоёмкость воды (4200 Дж/(кг∙К)), из-за которой получение или отдача значительного количества тепла не вызывает слишком резкого и большого изменения температуры водоёмов;
– высокая теплота парообразования воды (2,3·10 6 Дж/кг) при испарении её с поверхности водоёмов препятствует перегреванию последних;
– образование льда, которое происходит с выделением тепла (3,3∙10 5 Дж/кг), что замедляет охлаждение верхних слоёв.
Годовая амплитуда колебаний температуры в верхних слоях океана не > 10…15 о С, а в континентальных водоёмах
30…35 о С. В глубинных слоях водоёмов колебания температуры незначительны
Из-за более устойчивого температурного режима водоемов гидробионты более стенотермны, нежели наземные организмы.
Световой режим водоёмов:
В воде света гораздо меньше, чем в воздухе, т.к. происходит отражение его от поверхности воды и поглощение в её объеме. Изменение количества отражённого света в зависимости от высоты стояния солнца над горизонтом уменьшает продолжительность дня в водоёмах. Так, на глубинах
30 м продолжительность дня летом
5 час, а на глубине 40 м –
15 мин. Быстрое убывание количества света с глубиной обусловлено его поглощением массой воды. Разные длины волн оптического диапазона электромагнитного излучения солнца поглощаются неодинаково: сначала длинноволновые (красный цвет поглощается поверхностным слоем), затем все более коротковолновые лучи (сине-фиолетовые лучи достигают глубины
200 м при хорошей прозрачности воды).
Водоросли в Мировом океане обитают на глубине до 20…40 м, причем глубже других проникают красные водоросли (иногда до 100…200 м).
С глубиной меняется окраска животных: наиболее разнообразные цвета их в литоральной и сублиторальной зонах; в сумеречных глубинах превалирует красная окраска, являющаяся дополнительной к сине-фиолетовому цвету. Дополнительные по цвету лучи наиболее полно поглощаются телом животных, что позволяет им скрываться от врагов, т.к. их красный цвет в сине-фиолетовых лучах зрительно воспринимается как черный (морской окунь, красный коралл и др.). Глубинные организмы не имеют пигментов и поэтому не окрашены.
Прозрачность воды характеризуется максимальной глубиной, на которой еще виден диск Секки (диск, окрашенный в белый цвет, диаметром 20 см). Самые прозрачные воды в Саргассовом море – диск виден до глубины 66,5 м, в Тихом океане – 59 м, в мелких морях – 5…15 м, в реках 1…1,5 м, оз. Байкал – 40 м.
Нижняя (по глубине) граница фотосинтеза меняется также в зависимости от времени года, широты местности и др.
В темных глубинах океана в качестве источника зрительной информации организмы используют свет, испускаемый живыми существами за счёт процесса биолюминесценции. Химия процесса заключается в реакции окисления определённых органических соединений (люциферинов) при помощи белковых катализаторов. При этом избыточная энергия возбуждённых органических молекул выделяется в виде квантов света. Свет излучается импульсами в ответ на раздражения, поступающие из внешней среды. Биолюминесценция играет в основном сигнальную роль.
Специфические приспособления гидробионтов:
Из-за поглощения света в воде у гидробионтов слабо развита зрительная и лучше звуковая ориентация, т.к. звук распространяется в воде быстрее, чем в воздухе.
Для ориентации в глубине гидробионты используют гидростатическое давление толщи воды.
Китообразные используют эхолокацию на основе ультразвука.
Около 300 видов рыб способны генерировать электричество и использовать его для ориентации, сигнализации и защиты от врагов.
Наиболее древний способ ориентации водных животных – восприятие химического состава среды. Хеморецепторы их обладают чрезвычайно большой чувствительностью, что позволяет животным в тысячекилометровых миграциях по океану ориентироваться по запахам. Так, например, угри, кормящиеся в европейских реках и нерестящиеся у берегов Центральной Америки, реагируют на наличие этилового спирта концентрацией 1г на 6000 км 3 воды.
Некоторые гидробионты приспособились к фильтрационному способу питания, процеживая через себя большое количество воды с извлечением из неё необходимых веществ (пластинчато-жаберные моллюски и др.). Животные-фильтраторы играют огромную роль в биологической очистке водоёмов. Так, мидии, обитающие на площади дна в 1 м 2 , могут фильтровать до 150…280 м 3 воды за сутки, очищая её от взвешенных частиц.
Многие гидробионты адаптировались к условиям обезвоживания водоёмов (зарывание в ил, переход в состояние пониженной жизнедеятельности (гипобиоз) и др.).
Источник
