Экосистема Мирового океана • • • • • • Огромные пространства океана - от закованных в лед полярных областей до жарких экваториальных широт - населены массой живых существ; Океанская среда непрерывна, в ней отсутствуют границы, препятствующие расселению живых организмов. Все океаны и моря сообщаются, и вода в них находится в постоянном движении. Поэтому мы говорим о них как о едином Мировом океане; Экосистемой называют единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные (неживые) компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии; Экосистема Мирового океана - одна из самых больших экосистем (94 % гидросферы). 90% биомассы – всей массы живого на нашей планете – обитает в океане, это 160 000 видов животных и 10 000 видов растений; Считается, что жизнь зародилась в Океане, в толще его вод, и ее зарождение было крупнейшим событием в истории нашей планеты; Zooplankton Ksenia Kosobokova P.P.Shirshov Institute of Oceanology Russian Academy of Sciences, Moscow Russia Экосистемы пелагиали Что такое ПЕЛАГИАЛЬ? • от греч. πέλαγος (pélagos) – «открытое море» толща воды океанов, морей и озёр как среда обитания организмов; • Пелагическая зона в водоемах противопоставляется донной зоне (бентали) и придонной, находящийся непосредственно над дном моря; • Пелагиаль, т.о., простирается от поверхности почти до дна; • В Мировом океане пелагиаль занимает 1,37 млрд. км3 и глубины до 11 км Основные вопросы, которые будут сегодня рассмотрены: 1. Пелагиаль как среда обитания. Условия жизни организмов в океане; 2. Обитатели пелагиали. Планктон и нектон. Приспособления к жизни в толще вод; 3. Вертикальная зональность пелагиали. Фотическая и афотическая зона; 4. Трофическая структура экосистем пелагиали; 5. Климатические зоны и сезонные явления в пелагических сообществах разных климатических зон; 6. Методы сбора и изучения обитателей пелагиали Каковы условия жизни в пелагиали? • Сухопутные (наземные) организмы встречаются при температурах от -50ºС до +50ºС и давлении около 1 атмосферы • Температура: живые существа в океане обитают в более узком диапазоне температур, чем сухопутные: не ниже -2ºС и не выше +30ºС; • Давление: с каждыми 10 м давление возрастает на 1 атм. На предельных глубинах океана давление достигает 1100 атм.; • Освещенность: свет проникает только в поверхностные слои океана до глубин 100-200 м, вся остальная толща вод пребывает во тьме; • Солевой состав: морская вода богата солями, в 1 л растворено 35 г солей, ее плотность выше плотности пресной воды, что поддерживает организмы на плаву; • Другие важные свойства морской воды: теплопроводность, малая сжимаемость, перемешиваемость Жизнь в океане можно найти везде, на всех его глубинах По образу жизни все организмы, населяющие океан, можно разделить на три основные группы: планктон, нектон, бентос; планктон и нектон обитатели пелагиали бентос обитатели дна Самое мощное сообщество пелагиали океана – планктон πλανκτον (греч.) = «блуждающий», «парящий» Одноклеточные или многоклеточные организмы, пассивно перемещающиеся под действием течений, не способные противостоять движению вод; Широкий диапазон размеров от десятых долей микрона (вирусы) до нескольких метров (медузы); Состав планктона: Фитопланктон – растительный планктон; Зоопланктон – животный планктон; Микопланктон; Бактериопланктон; Виропланктон Фитопланктон – одноклеточные водоросли или колонии клеток, несущие хлорофилл. Размер клеток обычно 5-200 микрон Диатомовые водоросли, панцирь из кремния Панцирные жгутиконосцы, хитиновый панцирь Организмы, способные к фотосинтезу, т.е. созданию первичного органического вещества Кокколиты, известковый панцирь Голые жгутиконосцы Зоопланктон Планктонные простейшие Радиолярии Инфузории Личинки Пелагические черви Зоопланктон: Пелагические моллюски Морской ангел Морской черт «Желетелый» планктон Медузы Сифонофоры Морские стрелки Гребневики Планктонные ракообразные Гигантские медузы диаметром >2 м и весом более 200 кг, заполонившие воды у побережья Японии – тоже планктон Приспособления к жизни в пелагиали Механизмы, обеспечивающие плавучесть: • У планктона – малый размер, за счет этого увеличение удельной поверхности организма, • Увеличение площади поверхности тела за счет выростов, щетинок, соединения клеток в цепочки (фитопланктон), • Ткани, насыщенные водой и студенистые. Уменьшение остаточного веса за счет обводнения тканей до 90 и даже 98% от массы тела, • Жировые включения, • Воздушные пузыри и газовые включения у планктона и плавательный пузырь рыб, • Уменьшение толщины раковинок и уменьшение в них доли извести и кремния по сравнению с сородичами, живущими на дне, • Движение с помощью ресничек, жгутов, «весла», реактивное движение за счет выталкивания воды из тела, плавники рыб, головоногих моллюсков и др., Спасение от врагов: • Прозрачное тело, не видимое на просвет снизу или темно окрашенная спинная сторона, что делает объект невидимым сверху Ослепление жертв и врагов, приманивание жертв: • Биолюминесценция и светящиеся органы. Нектон • Nektos (греч.) = «плавающий» Группа организмов, активно передвигающихся в толще воды; Нектон объединяет • кальмаров, • морских черепах Нектон: Пелагические рыбы Нектон: морские млекопитающие Движители нектона • Мощный хвост. У рыб хвост поставлен вертикально, у китоообразных – горизонтально; • Мощное изгибание тела при плавании – киты, дельфины, морские змеи; • Реактивное плавание у кальмаров; • Весельные движения ласт – тюлени, черепахи Другие приспособления: • • • • Торпедообразная форма тела; Гладкая поверхность тела; Обилие подкожного жира – уменьшение удельного веса; Обводнение тела – компенсация давления за счет несжимаемости жидкости; • Плавательные пузыри у рыб Пищевые связи в океанической пелагиали Все живые организмы в пелагиали связаны между собой и со своей средой обитания Важнейшие связи в экосистеме – трофические, пищевые Пищевая цепь океанической пелагиали фитопланктон зоопланктон 1. 2. мелкая рыба 3. хищники личинки рыб Организмы, способные к фотосинтезу, т.е. созданию первичного органического вещества - автотрофы (зеленые растения) Организмы, не способные к фотосинтезу и питающиеся готовыми органическими веществами - гетеротрофы (животные, бактерии, грибы) . 4. В результате фотосинтеза живые растительные клетки с помощью хлорофилла при наличии света создают простые сахара и крахмалы. Т.о. солнечный свет дает энергию первичной биологической продукции. В процессе фотосинтеза растение потребляет из воды углекислый газ, минеральные соли и выделяет кислород. В результате фотосинтеза растительность земного шара ежегодно образует более 100 млрд. т органического веществ. Около половины этого количества приходится на долю фотосинтеза растений морей и океанов. Свет: поверхность и глубины Поверхностная зона 2.5% объема океана: 31% всей биомассы Фотосинтез возможен только на тех глубинах, куда проникает световая энергия. В самых прозрачных районах океана это глубины не более 200 м, в прибрежной замутненной зоне эти глубины не превышают 70-80 м Вся жизнь глубин океана обращена к поверхностной зоне и зависит от поступающего из нее вещества и энергии Глубинная зона 75% объема океана: 37% всей биомассы Распределение количества планктона в толще вод (Арктика) Численность, экз м 1 10 -3 100 1000 10000 0 Численность, экз м-3 500 0 500 1000 1500 2000 2500 Глубина, м 0 1000 НБ, n=14 50 АБ, n=8 МБ, n=7 1500 100 НБ, n=14 КБ, n=12 АБ, n=8 >85 с.ш., n=6 МБ, n=7 150 КБ, n=12 >85 с.ш, n=6. 2000 2500 200 3000 Распределение трофических групп планктона на разных глубинах океана Вклад разных трофических групп в биомассу зоопланктона в умеренных районах Тихого океана Первичное органическое вещество, создаваемое в поверхностных слоях океана в процессе фотосинтеза планктонными водорослями, затем многократно используется в пищевых цепях океана 1) Его используют фитофаги, питающиеся преимущественно фитопланктоном; а - фитофаги - хищники - всеядные 2) Их, в свою очередь, поедают хищники; 3) А всеядные организмы питаются отходами их жизнедеятельности, трупами отмерших организмов и прочими органическими частицами Вертикальная зональность пелагиали – классификация зон в зависимости от глубины Эпипелагиаль Мезопелагиаль 0-200 м 200-1000 м Батипелагиаль 1000-2000 м Абиссопелагиаль 2000-6000 м Ультраабиссаль >6000 м 0-100 м «Освещенная» Фотическая зона 100-470 м «Сумеречная» Дисфотическая зона >470 м «Полуночная» Афотическая зона Широтная зональность пелагиали – в зависимости от широтной (климатической) зональности • Состав обитателей зоны океана до глубин 500-1000м значительно различается в зависимости от климата на разных широтах. • Обычно выделяют 5 биогеографических зон, связанных с температурой воды на поверхности: арктическая, северная умеренная (бореальная), тропическая, южная умеренная (нотальная) и антарктическая. • В каждой зоне свое население и свои характерные представители. • Наибольшее разнообразие видов наблюдается в теплых (тропических) водах. Характерно уменьшение их числа в холодноводных районах. Биологические сезоны в планктоне разных широт • В тропической области вегетация фитопланктона возможна круглогодично, и количество планктона в течение года меняется мало; • В умеренных и высоких широтах из-за сезонных изменений поступления солнечной радиации в течение года, ее количества не всегда достаточно для фотосинтеза. По этой причине обилие фитопланктона в разные сезоны резко колеблется; • На основании изменений состава и количества планктона и соотношения фито- и зоопланктона в таких районах выделяют «биологические сезоны». Сезонные (май-декабрь) изменения биомассы фито- и зоопланктона в разных районах Мирового океана. Они сказываются в дальнейшем на обилии представителей более высоких трофических уровней Арктика Умеренные широты – Северная Атлантика Тропики Зеленым показана биомасса фитопланктона, Синим – биомасса зоопланктона Биологические сезоны в Арктике Полярная ночь, сплошной ледовый покров – 9 мес. лед планктон подледная фауна медузы Цветение фитопланктона у кромки льда бентос дно океана Оседающий фитопланктон Методы: как собирать обитателей пелагиали и наблюдать за ними? Методов и орудий сбора пелагических организмов много, но ни один из них не может считаться абсолютно идеальным. Планктон - разнообразные сети, замыкающиеся сосуды, тралы; Видеосистемы, фотографирующие объекты с высоким разрешением; Дистанционно управляемые видеосистемы Новые виды, открытые только благодаря работе дистанционно управляемых видеосистем и пробоотборников Старомодные «качественные» методы Зоопланктон или нектон? Свечение (биолюминесценция) – одно из прекрасных явлений жизни на нашей планете Светящиеся медузы на берегу Японии Светяшийся планктон на пляже о. Вааху (Мальдивы) Биолюминесценция в море • Свет возникает в море только в живых организмах - в клетках животных и растений или в их выделениях; • Светятся бактерии, водоросли (панцирные жгутиконосцы), простейшие (радиолярии) многоклеточные организмы – медузы, гребневики, черви, рачки-копеподы и ракушковые рачки, головоногие (кальмары), морские рыбы; • Биолюминесценция возникает в ходе химической реакции; • Вышедшие из моря группы организмов – земноводные, рептилии, птицы, млекопитающие потеряли способность к биолюминесценции Светящиеся обитатели пелагиали Глубоководные удильщики кальмары ракушковые рачки гребневики