Жизнь в океане
Если океан начал образовываться примерно 5 млрд. лет назад, то можно предположить, что его абиотическая стадия продолжалась менее миллиарда лет - тогда в безжизненном океане протекала лишь химическая эволюция.
Вначале океан был горячим, со временем он остыл до температуры + 30°, а в его солевой состав вошли все элементы, необходимые для возникновения органического вещества и живой клетки.
В безжизненном океане около четырех миллиардов лет назад под действием солнечной радиации происходил синтез органических соединений из продуктов вулканических гетеротрофных живых организмов; основой их жизнедеятельности был ферментативный механизм питания. Первые живые существа появились в океане еще и потому, что вода защищала их от губительной радиации. Возникновение гетеротрофных живых существ, питавшихся готовыми органическими веществами, явилось качественным скачком в эволюции океана. Медленное течение химической эволюции сменилось бурным темпом трансформации и обмена энергии и веществ в океане. Этому содействовала присущая живым организмам грандиозная способность к воспроизводству.
После возникновения гетеротрофных организмов наступил период накопления живой материи и возникновение ее новых свойств. Постепенно у некоторых форм древних гетеротрофов возник и стал совершенствоваться порфирин, содержащий пигмент, способный использовать световую энергию. Последующая эволюция усовершенствовала свойства порфирина и привела к образованию хлорофилла, который стал основным звеном между энергией Солнца и жизнью на Земле. Хлорофилл послужил основой возникновения аэробных гетеротрофных организмов, питавшихся водорослями, растительноядными существами, дейтритом, - появились простейшие животные.
Возникновение хлорофилла имело колоссальное значение для развития растительных и животных организмов. Процесс фотосинтеза (Фотосинтез - процесс углеродного питания зеленых растений, осуществляемый с помощью световой энергии, поглощаемой хлорофиллом), развившийся более трех миллиардов лет назад, коренным образом изменил эволюцию жизни вначале в океане и затем на суше. Трансформация и обмен энергии и веществ начали совершаться принципиально другим путем: эволюция жизни стала более быстрой и разнообразной.
Особенно важным следствием возникновения хлорофилла было развитие основных типов водорослей, усваивавших углекислый газ и выделявших кислород. В течение сотен миллионов лет газообразный кислород, выделяемый водорослями, переходил из вод океана в атмосферу. Обилие кислорода в атмосфере Земли привело к образованию в ее верхних слоях озонного экрана, препятствующего проникновению на Землю губительных для жизни жестких излучений. В результате накопления кислорода началось заселение суши и развитие жизни на континентах.
В первый период палеозойской эры - кембрийский - происходило развитие от одноклеточных животных - фораминифер - до моллюсков: брахипод (с роговой раковиной), трилобитов (похожих на раков).
В следующем периоде - ордовикском - появился тип хордовых древнейших предков позвоночных, затем появились рыбы и древние амфибии - стегоцефалы.
В мезозойской эре возникают рептилии на суше, ихтиозавры в море и летающие ящеры в воздухе. Новые виды животных и растений развивались на основе отрицания старых качеств, тормозивших естественный отбор и выживание более совершенных видов.
Уже со времени палеозойской эры в океанах обитали основные типы ныне живущих водорослей и животных. В дальнейшем в течение мезозойской и кайнозойской эр происходила биологическая эволюция: естественный отбор, конкуренция из-за пищи, места обитания, условий размножения. Генетические закономерности были мощнейшими стимулами бесконечного изменения и нового видообразования организмов в океане и на суше.
В последний, четвертый, период кайнозойской эры, длившийся всего 1 млн. лет, который также называют антропогеновым, формируется человек - своеобразная вершина эволюции живого мира. В наше время воздействие человека на моря и океаны становится в соизмеримый ряд с некоторыми крупными природными процессами.
Очень важным условием существования жизни в океане является соленость его воды (в среднем около 35 частей соли на 1000 частей воды). Соли в океане так много, что если ее выпарить, то она покроет всю планету слоем толщиной 60 м, а если распределить ее только на суше, то толщина слоя увеличится до 130 м. Из каких бы точек океана ни бралась вода, анализы ее солености дают точное совпадение в соотношении отдельных составных частей: хлора, натрия, магния и других элементов.
Исследования показали, что в океанской воде содержится большое количество органических веществ, находящихся в коллоидном (Коллоиды - вещества, которые не кристаллизуются и не проходят через перепонки растительного и животного происхождения (например, белок, крахмал, клей)) состоянии. В основном это белковые вещества и углеводы, являющиеся продуктом разложения животных и растений.
В толще Мирового океана равномерно растворены огромные запасы органических веществ, исчисляемые величинами порядка 6-7 триллионов т, что в 20 тыс. раз больше годового урожая пшеницы во всем мире. Интересно отметить, что органические вещества, заключенные в организмах, населяющих моря и океаны, составляют всего лишь 0,001 этих запасов.
Органические вещества, громадный резерв которых накапливался в течение бесконечно долгого времени и претерпевал лишь очень медленные и постепенные изменения, служат питательной средой для многих микроорганизмов, играющих исключительно важную роль в жизненных процессах. Органические вещества, находящиеся в морской воде, могут усваиваться некоторыми беспозвоночными животными и даже рыбами. Например, погонофоры не имеют кишечника и могут питаться органическими веществами, находящимися в грунте и в придонном слое, усваивая их через поверхность щупалец. Личинки речных угрей - лептоцефалюсы - имеют кишечник, но не используют его для питания. Они растут, по-видимому, за счет использования органических веществ, находящихся в морской воде. Растительные организмы нуждаются для своего развития в различных веществах, в том числе и биогенных, являющихся продуктами жизнедеятельности предыдущих поколений. Без растворенных в воде органических веществ в Мировом океане не могли бы развиваться жизненные процессы, определяющие рост растительности и развития животных организмов.
Как на суше, так и в океане настоящими создателями органических веществ, строящими их из неорганических, являются растения, получающие из морской воды большую часть необходимых им элементов. Некоторые элементы (главным образом фосфор и азот в виде фосфатов и нитратов, солей фосфорной и азотной кислот), без которых растительные организмы не могут осуществлять свою деятельность, находятся в верхних слоях моря в ограниченном количестве, а в отдельных районах их недостаток затрудняет и даже приостанавливает процесс роста растений. Таким образом, распределение в морской воде солей фосфорной и азотной кислот характеризует распределение растительных, а, следовательно, и животных организмов.
Однако огромное количество полезных веществ - около 75 млрд. т фосфатов и сотни миллиардов тонн нитратов - находится в глубинах океана, ниже границы возможного развития растений. Эти запасы могли бы быть использованы, если бы удалось их поднять и вынести к поверхности - в зону фотосинтеза, освещенную солнечным светом.
В тропиках разница в плотности между теплой, более легкой водой у поверхности и нижележащей холодной, более тяжелой водой препятствует вертикальной циркуляции и выносу питательных солей из глубины к поверхности океана; в поверхностных же слоях биогенные соли содержатся в ничтожном количестве. Именно поэтому растительная жизнь в тропических зонах океана бедна.
В умеренных и более северных широтах вертикальная циркуляция совершается энергичнее. Глубинные воды, насыщенные питательными солями, выходят на поверхность и выносят все новые запасы азотных и фосфорных солей; растительная, а следом за ней и животная жизнь развиваются быстрее. Например, наибольшее скопление организмов в Северной Атлантике наблюдается в зоне так называемого полярного фронта, где сильна вертикальная циркуляция, и поэтому именно здесь (Нью-Фаундленд, Исландия, Баренцево море) находятся основные рыбопромысловые районы. На границе полярного фронта масса теплой и более соленой воды, движущаяся из тропиков, смешивается с холодными водами высоких широт, что создает весьма благоприятные условия для возникновения вертикальной циркуляции, обогащающей, верхние слои питательными солями, а глубже лежащие - кислородом. Все это способствует повышению "продуктивности" приполярных морей. Весной и летом в период интенсивного развития растительного планктона морская вода на поверхности в дневное время бывает даже пересыщена кислородом.
Районы подъема глубинных вод, богатых фосфатами и нитратами, расположены не только в полярных бассейнах, но и в тех местах, где встречаются течения противоположных направлений. В таких местах происходит перемешивание, причем глубинные воды выходят наверх, в зону фотосинтеза, вынося питательные соли. Эти районы богаты рыбой и поэтому широко известны; к ним относятся воды у западных берегов Африки и Южной Америки и отчасти экваториальной зоны, где пассатные течения встречаются с противотечениями.
Большое количество соединений фосфора и азота приносят в океан реки. Там, где они впадают, бурно развивается растительный, а вслед за ним и животный планктон.
Существуют также обширные районы океана, где вертикальная циркуляция затруднена вследствие опреснения поверхностного слоя моря (центральная часть Северного Ледовитого океана) либо отсутствия течений, сильного нагрева поверхностного слоя и развития стагнации (центральные части кольцевых течений в субтропических частях трех океанов). Возможно, что в будущем с ростом технических возможностей задача усиления вертикальной циркуляции будет решена и тем самым будут созданы наиболее благоприятные условия для развития растительных и животных организмов, а следовательно, рыб и других морских животных, имеющих промысловое значение.
Поверхностные течения не только оказывают непосредственное влияние на распределение жизни в океанах, но и определяют климат на континентах. Теплые тропические воды текут по направлению к полюсам, причем в северном полушарии под влиянием вращения Земли они отклоняются к востоку (например, течение Гольфстрим, мощность которого достигает 82 млн. м3/с). Под влиянием ветров возникают местные течения. В глубинах океана поток холодной воды движется в обратном направлении - к тропикам.
Установлено, что на больших глубинах - в тысячи метров - существуют течения, достигающие скорости 0,2-0,3 м/с и более.
До последнего времени предполагалось, что на больших глубинах океана царит вечный покой, что там нет сколько-нибудь интенсивного перемещения воды. Такое представление давало возможность говорить о сбрасывании в глубоководные океанские впадины радиоактивных отходов в расчете, что они никогда не будут вынесены в жизнедеятельные районы океана.
Исследования последних лет опровергли теорию неподвижности глубинной воды. Оказалось, что как и в атмосфере, по всей толще океана существует циркуляция воды. Огромные подводные реки несут свои воды, иногда с большой скоростью, в различных направлениях. Благодаря течениям в океане происходит перемещение всей многокилометровой толщи воды, при этом верхние слои несут кислород в океанские глубины. Даже в глубоководных океанских впадинах существует интенсивная циркуляция.
Океанские течения являются средством перемещения растительного и животного планктона.
Интересный случай представляет миграция речных угрей. Взрослые особи в течение 4-7 лет обитают в реках Европы и Америки, а для икрометания выходят в море.
Американские и европейские угри нерестятся в глубинах Атлантического океана в районе Бермудских островов. Личинки поднимаются к поверхности и подхватываются течением. Два года личинки европейских угрей сносятся Гольфстримом на северо-восток; когда они оказываются у берегов Западной Европы, то входят в устья рек и, превращаясь в молодых угрей, поднимаются по рекам вверх. Если превращение личинки в угря у европейских угрей происходит на втором году жизни, то у американских медленнее, на третьем году, когда они находятся уже вблизи Америки.
Многие рыбы совершают тысячекилометровые путешествия как по течению, так и против течения. Известно, например, что многие морские рыбы заходят для икрометания в реки и поднимаются далеко вверх, преодолевая сильнейшие течения, в том числе горных рек.
В результате вращения Земли и особого расположения материков в Мировом океане существует система геострофических (постоянных) течений. Так, теплые воды из тропиков с Гольфстримом и Куросио протекают далеко на север.
Антарктические воды вследствие энергично протекающей вертикальной циркуляции также богаты жизнью: обильным планктоном и, в частности, крилем, которым питаются киты, тюлени и рыбы. Существует, однако, мнение, что рыбы в Антарктике очень мало; это объясняется тем, что туда не проходят поверхностные течения - удобные миграционные пути и, наоборот, течение Великий Восточный дрейф является непреодолимым препятствием для рыб умеренных широт.
Такое геострофическое течение опоясывает в сороковых широтах земной шар, отделяя Антарктику от субтропических вод. Только киты да птицы могут преодолеть этот несущийся поток воды.
Как же происходят жизненные процессы в океане?
Благодаря растворенным в воде питательным солям развиваются как крупная прибрежная растительность, так и микроскопические планктонные водоросли. Следствием этого является развитие той части животного населения, которая питается непосредственно растениями. Часть растительных организмов отмирает; их остатки отлагаются на дне или разрушаются микроорганизмами, и начинается новый круговорот.
Если одна часть животных питается растительной пищей, то другая часть - хищники - питается животными; но и те и другие после гибели, подобно растениям, либо отлагаются на дне, либо входят в новый жизненный круговорот. При благоприятной температуре, солнечном освещении и хорошем перемешивании всей толщи воды эти процессы протекают с наибольшей интенсивностью. Как полагает академик В. И. Вернадский, ежегодно на дно океана отлагается не менее 600 млн. т отмирающих растений и животных, а в непрерывном круговороте живого вещества Мирового океана только углекислого кальция участвует не менее 10 триллионов т.
Так же, как и для живых существ, обитающих на поверхности земли, исходной пищей для всего населения океана являются растения, обладающие замечательным свойством превращать неорганические вещества в органические. В настоящее время известно примерно 50 тыс. различных видов растений, расселенных в морях и океанах нашей планеты.
Как известно, процесс углеродного питания растений, осуществляемый хлорофиллом под действием световой энергии, называется фотосинтезом.
В результате фотосинтеза растения создают из углекислоты и воды богатые энергией органические вещества - углеводы, которые служат пищей для них самих, а также и для животных.
Степень "плодородия" океанских районов весьма неоднородна. В некоторых районах особенно энергично происходит "цветение" и вода у поверхности окрашивается в зеленый или бурый цвет. В других районах вода очень прозрачна, имеет фиолетово-синий цвет и представляет "бесплодную океанскую пустыню". Интересно, что в отличие от суши биологическая масса морских животных во много раз больше массы одноклеточных водорослей (фитопланктона). Это объясняется очень быстрым размножением водорослей. Если бы животные съели половину всего фитопланктона, то за светлую часть суток масса его восстановилась бы. Однако животные организмы развиваются гораздо медленнее, аккумулируя органическое вещество, созданное водорослями. В зависимости от места обитания и средств перемещения все морские организмы делят на три основные группы: нектон, планктон и бентос. Более крупные животные - рыбы, головоногие моллюски и водяные млекопитающие, обладающие активным движением и способные перемещаться в водной среде на большие расстояния, называются нектоном.
Бентос - это организмы, обитающие на грунте и в грунте водоемов.
Животный бентос состоит из представителей всех типов беспозвоночных: простейших, губок, кишечнополостных, моллюсков, червей, ракообразных и иглокожих. Морской растительный бентос состоит из разнообразных водорослей: зеленых, бурых, красных и пр.
Представители фитопланктона: а, б, в, г, д, е, ж - диатомеи (увеличение 100-500 раз); з, и, к - динофлагелляты (увеличение 25-300 раз); л, м - кокколитофориды (увеличение 1200 раз).
Совсем недавно было установлено, что верхний тончайший слой воды, всего в несколько миллиметров, составляет особую густонаселенную зону. Здесь на рубеже двух океанов - воздушного и водного сосредоточена своя, отличная от обитающей в толще воды, флора и фауна, так называемый ней стон (от "нео" - плаваю).
В верхнем слое моря, толщиной всего 5 см, поглощается почти 40% всей попадающей в воду солнечной радиации, вместе с инфракрасными и ультрафиолетовыми лучами, особенно необходимыми молодым организмам. Кроме того, для микроорганизмов здесь сосредоточено огромное количество пищи.
Пищевая цепь в море начинается с органического неживого вещества, растворенного в морской воде. Вес его, как утверждают биохимики, в 50 раз превышает общий вес всех живых организмов, населяющих океан. Поверхностная пленка океана является местом сосредоточения этого вещества. Там, где его много, при слабом ветре в море устанавливается полный штиль, а при шторме пленка сбивается в хлопья пены. Органическое вещество пленки - это пища бактерий и других микроорганизмов.
Бактерии нейстона, в отличие от других, не боятся ультрафиолетовых лучей, они поедаются не только микроорганизмами, но и мелкими рачками и их личинками. В свою очередь мелкие ракообразные являются пищей для мальков и молоди рыб. В нейстоне и в планктоне развиваются мириады организмов, которые в свое время умирают и падают на дно. Разлагаясь в воде, многие из них, особенно ракообразные, приобретают положительную плавучесть и всплывают вверх, обогащая органическим веществом поверхностный слой воды.
Советский ученый В. П. Зайцев открыл, что самый верхний слой Черного, Азовского и Каспийского морей является местом нереста кефали и зоной скопления ее мальков. Поверхностный слой моря является огромным инкубатором для икринок ставриды, морского налима и множества других рыб. Здесь же обитают личинки крабов, лангустов и других обитателей моря, икра которых легче морской воды.
Представители зоопланктона: а - калянус (увеличение 12 раз); б - сагитта (увеличение 0,5 раза); в - капшак; г - блоха-прыгун (увеличение 2 раза); д - крылоногий моллюск (увеличение 0,5 раза); е - пирозома - светляк (увеличение 0,17 раза); ж - томоптерикс - червь (увеличение 0,5 раза); з, и - оболочники (увеличение 0,3 раза).
Поверхностный слой воды является местом временного жительства личинок. Как только молодь окрепнет и окажется способной к самостоятельной жизни, она уходит в более глубокие слои моря.
Загрязнение поверхности нефтью, растекающейся тонким слоем на огромных пространствах, в первую очередь губит огромные запасы пищи, икры и мальков, только что вышедших из икринок. Нефть уничтожает инкубаторы океана и вместе с ними огромное множество ценных организмов в день их рождения или в младенческом возрасте.
Планктон - это совокупность мелких организмов, населяющих толщу воды; они не обладают достаточно активными органами передвижения и поэтому передвигаются только вместе с массами воды. Планктон делится на растительную часть (фитопланктон) и животную (зоопланктон) и является основной пищей для многих морских животных. Планктон очень богат питательными веществами и витаминами, им питаются и мелкие рыбешки и гиганты моря - киты. Что же это за чудесная пища, питаясь которой киты трехлетнего возраста уже имеют полуметровый слой жира и достигают веса в сотни тонн?
В состав планктона входит несколько тысяч видов организмов величиной от нескольких микронов до нескольких метров. В нем имеются всевозможные бактерии, диатомовые и перидиниевые водоросли, жгутиковые, кишечнополостные, мелкие ракообразные, личиночные формы донных животных, икра и личинки рыб. В состав зоопланктона входят также корненожки - фораминиферы, радиолярии и медузы, отдельные виды которых бывают огромных размеров. Так, у нас на Севере встречается арктическая медуза цианея, диаметр колокола которой достигает 2 м, а длина нитевидных щупальцев 20-30 м.
Огромные скопления планктонных организмов находятся не только в самых верхних слоях воды. Наблюдения, сделанные через иллюминаторы батискафов, показали, что вдали от берегов плотность зоопланктона уменьшается с глубиной весьма неравномерно. Нередко даже на глубине 1000 м и более обнаруживаются большие скопления зоопланктона.
Крупный зоопланктон и мелкая рыба концентрируются ночью в поверхностных слоях, привлекая стаи рыб, перемещающихся в течение суток между средними и верхними слоями моря. К ним относятся, в частности, сельдь и сельдевые виды рыбы.
Не все растительноядные животные, главным образом зоопланктон, имеют микроскопические размеры. Существуют достаточно крупные морские животные, для которых фитопланктон является основной частью диеты. К ним относятся сельдевые виды рыб. Благодаря изобилию фитопланктона растительноядные рыбы находятся в более благоприятных условиях и поэтому составляют основную массу рыбы в море. В море, как и на суше, животных, питающихся растениями, во много раз больше, чем хищников.
В пелагической зоне моря обитают самые крупные и наиболее совершенные по форме животные: среди них многочисленные дельфины, тунцы с идеально обтекаемым телом, меч-рыба, киты, кашалоты, акулы и многие другие.
Эти крупные быстроходные животные обычно движутся стаями, косяками, стадами. Такие сообщества отвечают потребностям размножения, обороны и нападения.
Стая рыб составляет единую биологическую систему, жизнь, поведение и управление которой мало изучены. По ночам в море стаи спасающейся рыбы и хищники почти всегда освещены живым "холодным" светом, излучаемым микроскопическим и более крупным планктоном. Причина излучения этого света пока остается неясной. Возможно, что биолюминесценция является побочным продуктом жизнедеятельности микроорганизмов.
Фитопланктон - исходный продукт питания для животных организмов, населяющих Мировой океан. Именно растительный планктон и многоклеточные водоросли благодаря своим способностям к фотосинтезу вырабатывают из минеральных солей, растворенных в морской воде, органические вещества, идущие в пищу животным организмам.
Как уже отмечалось, для наиболее успешного развития фитопланктона требуются определенные благоприятные соотношения между освещенностью, температурой, количеством питательных солей и степенью вертикальной или горизонтальной циркуляции воды. В водах морей и океанов сосредоточено гораздо больше необходимых для жизнедеятельности органических и неорганических веществ, чем на суше; поэтому развитие растений и животных подводного мира протекает в более благоприятных условиях, чем на земной поверхности, а это способствует их очень быстрому росту. Растительность на суше должна иметь твердые стебли, чтобы устоять против ветра и тянуться к солнцу. Корни растений должны быть прочными и разветвленными, чтобы проникать в грунт и собирать питание и влагу; растения должны защищаться от ветра, высыхания, жары и мороза. Сколько же энергии и веществ приходится тратить им на это! И как относительно мало полезных веществ оставляют они человеку. Годовая их продукция в сотни и тысячи раз меньше их общей массы.
В море условия роста растений гораздо более благоприятны. Планктонные растения существуют во взвешенном состоянии, впитывая питательные вещества прямо из окружающей воды всей своей поверхностью. Под водой не нужны ни разветвленные всасывающие корни, ни толстая защитная кора и прочные опорные ткани (древесина), ни опадающие листья и другие "приспособления" для регулирования испарения, защищают резких колебаний температуры и т. д. Примечательно, что благоприятные условия питания и размножения морских растений остановили их эволюцию на уровне водорослей. Особые и трудные условия существования растений в воздушной среде - фактор влажности, необходимость брать минеральное питание из почвы, а также свет и развитие древесных опорных частей, способы размножения - все это вызвало процессы эволюционного приспособления и привело к созданию высших форм растительности трав, кустарников и деревьев.
Многие морские растения и животные вырабатывают в большом количестве антибиотики, возбудители роста, витамины, гормоны и другие вещества, поступающие прямо в окружающую воду. Обнаружение новых медикаментов в подводном мире положит начало морской фармакологии.
Из голотурий извлекают лекарства, которые, как показали опыты на мышах, замедляют, а иногда и останавливают рост злокачественной опухоли.
Давно известно антисклеротическое действие на организм человека йода, содержащегося в водорослях и некоторых морских животных.
Недавно ученым удалось выделить из осьминога лекарственное вещество эптатретин. Опыты на лягушках и собаках показывают, что введение эптатретина при сердечной недостаточности приводит в норму кровообращение, давление и работу сердца.
Из рыбы - морского ежа - получают вещество, которое снимает боль. Установлено, что морские животные меньше подвержены инфекционным заболеваниям, чем сухопутные. Может быть, в организмах обитателей моря и в окружающей их воде содержатся антибиотики, убивающие болезнетворные бактерии.
Химическое вещество, выделяемое из субтропической "красно-бородой" губки, убивает туберкулезные палочки, а химическое вещество, получаемое из морской змеи, останавливает кровотечение. Некоторые водоросли и моллюски являются прекрасным сырьем для производства антибиотиков. Наличие и изменение состава лекарственных веществ в океане пока еще изучено мало; возможно, что их действие вызывает быстрое развитие некоторых видов морских животных и, наоборот, их отсутствие приводит к гибели миллионов тонн рыбы.
Особенно благоприятны условия для развития растительного мира в мелководных зонах голубого континента. Мощный пояс водорослей, растущих вдоль побережья морей, представляет своеобразные подводные джунгли. Водоросли - это настоящее чудо природы. К этой группе принадлежат одновременно и самые маленькие, и самые крупные растения в мире. Наряду с микроскопическими водорослями имеются водоросли длиной свыше 50 м. Например, самая крупная водоросль макроцистис достигает длины 60 м.
В береговых зонах водоросли являются основными производителями органических веществ, которыми питаются морские животные. Но этим не ограничивается значение водорослей. Среди их зарослей в подводных лесах и лугах разнообразные морские животные находят благоприятные условия для своего существования и размножения.
С развитием приборов для плавания под водой - аквалангов - подводные джунгли стали излюбленным местом охоты спортсменов. Подводные леса отличаются сказочным своеобразием. Охотник-аквалангист напоминает подводную птицу, медленно парящую среди ветвей.
В верхних слоях воды, где еще достаточно солнечного света, преобладают зеленые водоросли, но часто рядом с ними растут и бурые. С увеличением глубины количество бурых водорослей возрастает, а красные, как правило, появляются только на большой глубине. Такое своеобразие расцветки определяется цветовой закономерностью: у красных водорослей при отсутствии красных лучей спектра, поглощаемых верхними слоями воды, лучше происходит синтез органических веществ в синих лучах спектра, наиболее легко проникающих сквозь водную толщу. Таким образом, и под водой наблюдается приспособляемость растений, в данном случае к малой освещенности морских глубин. Иногда, впрочем, и зеленые водоросли растут на глубине около 120 м, а красные - по соседству с зелеными на самых малых глубинах.
В подводных джунглях.
Морские водоросли и цветковые растения имеют большое хозяйственное значение. Морская капуста и красные водоросли идут непосредственно для питания людей. Некоторые другие водоросли используют для получения агар-агара, йода и различных химических продуктов, а морские цветковые растения (Предки цветкового растения - зостеры - ведут свое происхождение с суши и являются вторично морскими растениями) (зостера) - также для набивки матрацев, диванов и т. п. Водоросли применяют для удобрения почв, изготовления строительных материалов и т. д.
Исключительным многообразием форм отличается фауна прибрежных мелководных районов тропических морей. Некоторые ученые полагают, что фауна других районов Мирового океана ведет свое начало от фауны тропической, так как именно в тропиках - царстве тепла и солнца - возникали различные виды растительного и животного мира. В те далекие времена (до середины третичного периода) (Начало третичного периода - 70 млн., а конец - 1 млн. лет назад. Этот период характеризуется развитием млекопитающих, птиц и семенных растений) океаны и материки размещались вдоль экватора. Древнее, давно исчезнувшее море Тетис протянулось через Центральную Америку, Атлантический океан, Средиземное море и дальше на восток. Предполагается, что в этом море и сложилась современная тропическая фауна.
Колониальное морское животное - обелия.
Для тропической зоны характерно обильное развитие кораллов, которые образуют рифы и целые острова. Кораллы относятся к особому классу морских кишечнополостных животных - коралловых полипов, обладающих массивным известковым скелетом.
Некоторые кораллы имеют вид кустарников или деревьев, другие похожи на шляпки грибов или ковриги.
Человеку, попавшему в коралловое царство, кажется, что он находится в фантастическом лесу. Блики света, падающие на ветви зеленых и красных кораллов, чрезвычайно эффектны.
От линии наибольшего отлива и примерно до глубины 50 м распространены заросли кораллов, в пустотах, (полостях) которых находит приют множество животных.
Коралловые острова и рифы относятся к особому виду морских организмов. Форма и приспособляемость к окружающей среде морских животных в этих грандиозных и почти немыслимых по сложности сооружениях достигла верха совершенства.
Опираясь на медленно погружающиеся древние горы вулканического происхождения, живые кораллы возвели самые огромные сооружения, какие только существуют на Земле. Только один крупный атолл по своей фактической массе примерно равен всем постройкам человека, существующим в наше время. Каждая рифовая структура действует как единый изолированный и сложный бентоносный организм, простирающийся от глубоких, бедных пищей вод до залитой солнцем поверхности моря. Более высокой рациональной приспособленности и более сложных взаимоотношений, чем у кораллов, не найти нигде на Земле.
Фотосъемки в коралловом царстве.
Одноклеточные зеленые растения и животные организмы существуют и развиваются в едином растительно-животном симбиозе, не принимая никакого участия в сложном цикле пищевой цепи моря. Мы еще очень мало знаем о строении и экологии коралловых атомов. Неизвестно, например, почему многие коралловые банки погрузились на глубину более 1 км, а другие превратились в мелководные умирающие рифы, почему эти громадные организмы не развиваются в глубоком открытом море.
Кроме коралловых рифов для тропической зоны характерны прибрежные мангровые заросли. Сильная солнечная радиация и высокая температура создают в прибрежной полосе - в зоне выше уровня воды - условия, неблагоприятные для роста растений и обитания животных. Зато в приливо-отливной зоне, на илистых грунтах буйно растут деревья, образующие так называемые мангровые заросли. Эти заросли дают защиту от солнца разнообразным животным, многие из которых приспособились к рытью нор. Среди многочисленного населения этих зарослей - черви, ракообразные, моллюски и даже рыбы. Здесь обитает замечательная рыбка, остающаяся на суше при отливе: так называемый ильный прыгун. Пользуясь плавниками, такие рыбы прыгают по илистому грунту, могут взбираться на корни деревьев и довольно ловко гоняются за насекомыми.
К рыбам, способным в течение некоторого времени находиться не в воде, а в воздухе, относятся также летучие рыбы. Образно выражаясь, это рыбы-птицы, которые приспособились спасаться от преследований многочисленных врагов. Настигаемая каким-либо хищником летучая рыба немедленно устремляется к поверхности и выпрыгивает из воды. Когда рыба из глубины выходит к поверхности, ее плавники плотно прижаты к туловищу. Размахивая хвостовым плавником, она разгоняется и с большой скоростью выпрыгивает из воды, а затем разводит в стороны крылья-плавники и принимает горизонтальное положение. Со скоростью до 40 км/ч рыба-птица начинает ровный планирующий полет иногда на расстояние до полукилометра.
Встреча человека с китовой акулой.
Во всей толще Мирового океана обитают многочисленные рыбы. Одни из них находятся в поверхностных водах и на средних глубинах, другие приспособились жить "в подвале" океана. Жак Пикар и Дон Уолш наблюдали рыбообразное существо при спуске на дно Марианской впадины. До того наибольшая глубина, на которой была найдена рыба, составляла 7210 м (обнаружена Витязем в Японской впадине).
Благодаря обилию и высокой питательности кормов рост рыб и морских млекопитающих происходит очень быстро. Например, самый крупный синий кит, достигающий длины 33 м и веса 150 т, становится взрослым и дает потомство иногда уже на третий год жизни. Напомним, что самое крупное сухопутное животное - слон, вес которого составляет около 4,5 г, дает потомство только в 35-40-летнем возрасте.
Приливо-отливная зона и устья рек сыграли роль "колыбели" для наземной флоры и фауны. Здесь морские организмы вырабатывали морфологические и физиологические свойства, давшие им возможность существовать в воздушной среде. Были и обратные переселения животных - с поверхности суши в море. К таким животным относятся "вторично водные" морские млекопитающие и, в частности, гиганты моря - киты. Предки их, вероятно, обитали в прибрежных зонах. Со временем их конечности превратились в ласты и они стали морскими животными.
Так в "пограничной зоне" суша - море формировались исходные виды сухопутной фауны и вторично водные морские животные.
Водная среда, в которой обитает многочисленное морское население, неодинаково пропускает разные лучи светового спектра. Уже на глубине 10 м от солнечного спектра остаются только сине-зеленые лучи, а на глубинах свыше 500 м практически царит полный мрак, нарушаемый лишь появлением светящихся глубоководных организмов. Таким образом, многие обитатели моря живут в темноте, но этот недостаток как бы компенсируется хорошим распространением в воде звуковых колебаний, в том числе не слышимых человеческим ухом. Звуковые колебания и являются главным "средством связи" в подводном мире.
Узорчатая каракатица.
Оказывается, поговорка "нем, как рыба" не соответствует действительности. Морские глубины полны шумов, издаваемых населением моря, и немых рыб, по-видимому, нет. Ученые ВНИРО (ВНИРО - Всесоюзный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии) ведут большую работу по исследованию звуков, издаваемых различными видами рыб. Удалось записать на пленку "голоса" различных морских животных, которые теперь легко воспроизводятся магнитофоном.
Шум, производимый креветками, напоминает треск горящих сухих веток. Омары издают громкий скрип трением усиков о панцирь; крабы щелкают клешнями, вызывая звук, напоминающий клепку стальных листов на судостроительном заводе. Морская рыба тригла громко ворчит и даже квакает. Многие рыбы издают не слышимые человеком ультразвуки, а крупные морские млекопитающие - особые звуки, иногда похожие на рев быка. Естественно, все эти животные обладают и слухом; что касается рыб, го они воспринимают звук всем телом и, в частности, боковыми линиями, проходящими от головы до хвоста.
Некоторых морских рыб и животных можно приманивать теми или иными звуками; другие, наоборот, пугаются всякого шума. Таким образом, все население глубин обладает способностью издавать звуки и слышать их.
Киты, дельфины и некоторые рыбы способны к эхолокации. Так же, как и летучая мышь, они, издавая звук, воспринимают его отраженное эхо. Благодаря эхолокации они хорошо ориентируются во мраке больших глубин, отыскивают добычу и обнаруживают врагов. Эта способность служит также средством общения и объединения в стаи.
Голоса дельфинов слышны на расстоянии нескольких километров; с помощью гидрофона можно определить пеленг, и если он долго остается неизменным, это может означать, что дельфины нашли косяк рыбы. В таком случае посылают на разведку судно или вертолет.
В отличие от дельфина белуга издает и принимает звуки низких частот. Такая своеобразная локация заменяет ей зрение и дает ряд преимуществ при ориентировке в темноте. Ученые предполагают, что для приема обратной звуковой волны у этой рыбы имеются особые органы восприятия, пока неизвестные науке.
Запись и воспроизведение биозвуков используются для рыболовства. Однажды японские ученые записали на пленку "разговор" рыб во время еды. Когда запись с помощью особого прибора воспроизвели внутри трала, трал быстро наполнился рыбой. Вместо ожидаемого пиршества обманутые рыбы попали в сеть.
Известно, что у большинства сухопутных животных очень сильно развито зрение. Это объясняется тем, что наземные животные развиваются и совершенствуются в мире света и зрение у них является, пожалуй, главным органом чувств, хотя у многих обитателей суши также сильно развиты слух и обоняние. У глубоководных животных отсутствие хорошего зрения компенсируется не только развитым слухом, но и обонянием; последнее может быть у них даже более сильно развито, чем у сухопутных животных.
Сохранение и распространение запахов на суше и в воздухе - обычное явление, но, оказывается, не в меньшей мере оно свойственно и водной среде. Многочисленные опыты и наблюдения показывают, что морское население широко использует запахи для ориентировки и связи. Возможно, что рыбы именно по запаху безошибочно определяют реки и ручьи, из которых мальками ушли в море. Установлено, что рыбы, лишенные органов обоняния теряют ориентировку и не находят пути к месту нереста.
Появление крови в воде привлекает акул и других хищных рыб на больших расстояниях. Не исключена возможность, что морские животные и рыбы находят богатые пищей районы по запаху. Когда наука определит природу "морских" запахов, скорость и дальность их распространения в воде, запахи могут стать средством для привлечения рыб и морских животных.
Интересно отметить, что многие представители океанского животного мира издавна привлекают внимание не только ученых-биологов, но и моряков и особенно кораблестроителей. Обтекаемые формы тела рыб и морских животных до сих пор служат "образцами" при проектировании подводных лодок и надводных кораблей. Инженеры с завистью наблюдают за движением рыбьего хвоста, который представляет одновременно и руль, и движитель с более высоким к. п. д., чем судовой гребной винт, а недавно кораблестроители всех стран заинтересовались дельфинами.
Ученые обнаружили, что высокая скорость дельфина объясняется не столько совершенством формы, сколько поразительным свойством поверхности тела. Оказывается, благодаря движениям кожи, управляемым особым нервным подкожным аппаратом, устраняется образование водоворотов, завихрений и волн, на что обычно затрачивается львиная доля мощности судовых машин. К этому следует, пожалуй, добавить, что принцип реактивного движителя, принцип использования подъемной силы подводного крыла и многие другие "новинки техники" с успехом используются обитателями Мирового океана с незапамятных времен.
Уже отмечалось, что жизненным пространством является не только толща океанской воды; многочисленные животные обитают на дне и в грунте дна. В илистом и песчаном дне живут разнообразные черви, моллюски, ракообразные и другие организмы, которые служат хорошим кормом для морских животных и главным образом рыб. Для таких придонных промысловых рыб, как треска, окунь, камбала, илисто-песчаное дно представляет своеобразное бескрайнее пастбище.
Многие придонные животные большую часть жизни проводят зарывшись в ил. Так же, как и животные, обитающие в почве - дождевые черви, личинки и т. п., придонные организмы образуют живой покров дна. В грунте они роют длинные ходы, в которых охотятся за более мелкими организмами; строят свои норы, выбрасывая на поверхность песок и грунт в виде небольших холмиков. Эти бесчисленные живые существа, населяющие подводные равнины, ведут своеобразный, пока еще мало изученный образ жизни. Даже на дне глубоководных желобов, несмотря на давление 1000 кгс/см2, существуют и развиваются такие жители глубин, как голотурии, анемоны, моллюски, черви и ракообразные. Кислород, проникающий из атмосферы, и пища, имеющаяся в донных осадках, обеспечивает условия для развития особого мира животных, приспособившихся к высоким давлениям.
Многочисленные морские организмы обитают не только в мягком грунте дна: существуют моллюски-камнеточцы, просверливающие свои норы даже в каменистых породах. В таких надежных "крепостях" они укрываются от хищников.
Видовой состав придонных животных изучен еще недостаточно. Многие из них, почуяв опасность, поспешно скрываются в норах, и поэтому исследователям их трудно обнаружить. Однако многочисленные отверстия нор, холмики и таинственные следы на песчаных равнинах выдают присутствие на дне животных, пока неизвестных науке.
Жизнь в океанах и морях более многообразна, чем на суше. В последнее время советские палеонтологи и геологи, изучая кембрийские (Кембрийский период - первый период палеозойской эры (начало 510 млн., а конец - 430 млн. лет назад). Породы кембрийского периода содержат остатки древнейшей морской фауны, среди которой имеется уже большинство типов животных, исключая позвоночных, а остатки наземных животных неизвестны. Из растений в то время существовали лишь водоросли) осадочные отложения, открыли следы бурного проявления органической жизни в докембрийский период, удаленный от нашего времени на миллиард лет.
Таким образом, возникновение и эволюция жизни на Земле предопределили распределение животных и растений. Из 63 классов животных, существующих на планете, в морях и пресной воде обитает 57 классов, а из 33 классов известных растений 18 являются водорослями.
В наше время океанские и морские воды населяют около 20 тыс. видов растений и животных. Известно, что общее число видов рыб в Мировом океане превышает 20 тыс., причем 450 из них являются наиболее важными промысловыми. Известно около 90 тыс. видов моллюсков (из которых не менее 100 промысловых) и 20 тыс. ракообразных (из которых не менее 50 тоже промысловые).
Только в водах нашей страны насчитывается около 1400 видов рыб, из которых 250 образуют большие скопления и являются объектом промысла.
|
ПОИСК:
|
При использовании материалов проекта активная ссылка обязательна:
http://underwater.su/ 'Человек и подводный мир'