Экосистема Мирового океана

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