Жизнь в океане: общая характеристика

Микробы правят Мировым океаном

Океаническая кора образуется в срединно-океанических хребтах, расположенных между тектоническими плитами. Эта порода, состоящая преимущественно из базальта, изливается из мантии на морское дно и со временем оказывается погребенной под толстым слоем осадков. Ученые давно рассчитали, что вышеупомянутые микроорганизмы должны жить в осадках и коре, не покрытой отложениями, но вещественных доказательств этому раньше не было.

Похоже, их удалось отыскать Марку Леверу, который на борту американского судна JOIDES Resolution отправился с целью сбора образцов к одной из областей океанической коры к западу от штата Вашингтон.

Левер вспоминает: «На этом корабле, как правило, ходят геологи, но на сей раз с нами было пять микробиологов». Группа, в которую входили ученые из шести стран, пробурила 265 метров океанического осадка и 300 метров коры, получив образцы базальта, сформированного около 3,5 миллионов лет назад. В полученных пробах были обнаружены гены микроорганизмов, которые метаболизируют соединения серы, а также вырабатывают метан.

Предстояло проверить, каким микробам принадлежат гены — живым или давно умершим. Для этого было решено провести эксперимент. Специалисты поместили образцы породы в воду, богатую обнаруженными на дне моря химическими веществами, и нагрели ее до 65 градусов по Цельсию. Со временем в воде появился метан, то есть микроорганизмы продолжали жить и размножаться…

Левер абсолютно убежден, что эти микробы являлись не «гастролерами» с поверхности, а подлинными жителями коры, так как были приняты строжайшие меры, чтобы избежать загрязнения образцов…

Проблемы экологии

Человек в результате своей деятельности по освоению океана, оказывает на водную экосистему негативное влияние:

• истощаются ресурсы Земли из-за непомерной добычи рыбы, сырья;
• загрязняются водные пространства отходами его жизнедеятельности;
• крушения танкеров и разливы нефти и нефтепродуктов;
• сокращаются места гнездования морских птиц;
• повышается кислотность вод, что нарушает репродуктивные функции обитателей океана и пр.

Все это приводит к вымиранию живых существ и растительности океана. С 1957 г. при ЮНЕСКО была создана специальная комиссия МОК по охране и сохранению богатств Мирового океана, которая на государственном уровне призвана решать экологические задачи.

2.2 Уникальность Земли

Когда рассматриваешь главные особенности развития Земли, становится ясным, что путь её эволюции в решающей мере был предопределён как местом Земли в Солнечной системе, светимостью Солнца, так её массой и химическим составом. Так, если бы наше Солнце принадлежало к типу переменных звёзд, то на Земле попеременно становилось бы нестерпимо жарко или невыносимо холодно. Если бы масса Солнца была существенно бoльшей, то оно уже через несколько десятков или сотен миллионов лет после своего образования взорвалось бы и превратилось в нейтронную звезду или даже в чёрную дыру. Нам и всему живому на Земле очень повезло, что Солнце — спокойная звезда со средней звёздной массой, относится к звёздам-карликам спектрального класса G2 и является стационарной звездой, слабо меняющей свою светимость в течение многих миллиардов лет

Последнее особенно важно, поскольку за последние 4 млрд лет оно позволило земной жизни пройти длительный путь эволюции от зарождения простой и примитивной жизни к её высшим формам

Оптимальным оказалось и расстояние Земли от Солнца, поскольку при их более близком взаимном расположении на Земле было бы слишком жарко и мог бы возникнуть, как на Венере, необратимый парниковый эффект, а при более удалённом — Землю сковал бы мороз и она могла превратиться в «белую» планету с устойчивым оледенением.

Повезло нам и с массивным спутником Земли — Луной. В гл. 3 было отмечено, что её возникновение на близкой околоземной орбите существенно ускорило тектоническое развитие Земли. Если бы у нашей планеты не было массивного спутника, то Земля, скорее всего, подобно Венере, медленно вращалась бы в обратную сторону и так же задержалась в своём тектоническом развитии на 2,5 — 3 млрд лет. В таком варианте сейчас на Земле господствовали бы условия позднего архея с плотной углекислотной атмосферой и высокими температурами, а вместо современной высокоорганизованной жизни Землю населяли бы только примитивные бактерии — одноклеточные прокариоты.

Рассматривая эволюцию Земли в тесном взаимодействии с Солнцем и Луной, поражаешься, насколько это оптимальная и тонко сбалансированная система, так удачно обеспечившая появление на нашей планете весьма комфортных условий для возникновения и развития высокоорганизованной жизни

При ближайшем рассмотрении этой системы обращает на себя внимание оптимальная масса Земли, способная удерживать на своей поверхности умеренно плотную атмосферу, а также исключительно удачный её химический состав. Действительно, даже сравнительно небольшие отклонения от исходных концентраций в земном веществе таких элементов и соединений, как Fe, FeO, CO2
, H2
O, N2
и др., могли привести к необратимым и катастрофическим для жизни последствиям

В частности, если бы в первичном земном веществе было меньше воды, то с меньшей интенсивностью поглощался бы углекислый газ и он стал бы накапливаться в земной атмосфере. В результате ещё в архее мог возникнуть необратимый парниковый эффект и наша Земля превратилась бы в «горячую» планету типа Венеры. Если бы воды было заметно больше либо меньше свободного железа, то Земля превратилась бы в планету «Океан». Если бы в Земле было меньше азота, то ещё в раннем протерозое она превратилась бы в сплошь покрытую снегом «белую» и холодную планету. При бoльшем количестве свободного (металлического) железа в первичном земном веществе в современной атмосфере, как и в протерозое, не смог бы накапливаться свободный кислород, а следовательно, на Земле не могло возникнуть царства животных. Наоборот, при меньшей исходной концентрации железа уже сейчас или даже раньше должно было начаться обильное выделение эндогенного (абиогенного) кислорода, и всё живое на Земле к настоящему времени уже «сгорело» бы в такой атмосфере. Кроме того, процесс дегазации глубинного кислорода должен привести к сильнейшему парниковому эффекту, после чего Земля также превратилась бы в горячую планету типа Венеры.

Интересные факты мирового океана

Трудно найти себе пару в глубинах океана, поэтому самец удильщика, встретив самку, превращается в паразита. Он срастается с ней, питаясь из кровеносной системы своей подруги, выполняя функцию оплодотворения по мере необходимости.

• Некоторые крабы подсаживают на свой панцирь анемону, похожую на экзотический цветок. Носят её на себе с целью защиты и маскировки. Пассажирка способна жалить своими щупальцами всех, кто оказался поблизости.
• У живородящей тигровой акулы самый крупный зародыш поедает эмбрионы собратьев, находясь в утробе матери. В итоге на свет рождается один или два детёныша.
• Если протереть сквозь сито морскую губку, выжившие клетки вновь сгруппируются в новый организм, а может даже в два. Поразительная жизнеспособность!
• Морской огурец не выглядит опасным, и находится много желающих его съесть. Спасаясь от хищников, голотурия выбрасывает через анальное отверстие навстречу врагу свои внутренности. Это сбивает с толку преследователя, а голотурия отращивает утраченные органы заново.
• Семейство «Летучие рыбы» объединяет представителей, выпрыгивающих из воды и способных пролетать над её поверхностью. Делают они это в погоне за насекомыми, или спасаясь от врагов. Лучшие летуны проводят в воздухе до одной минуты и преодолевают расстояние до 400 метров.
• Самые термоустойчивые животные найдены в горячих источниках на большой глубине. Обычно при температуре 50 и более градусов по Цельсию выживают бактерии. Многоклеточным организмам такая среда опасна. Лишь некоторые виды червей смогли приспособиться к таким экстремальным условиям, чтобы питаться бактериями, обитающими в горячих источниках.

Дополнительный материал. Жемчуг – красота, созданная природой

Жемчуг рождается в устрицах-жемчужницах, которые обитают как в соленой, так и в пресной воде. Если драгоценные камни и металлы нужно обработать, чтобы они стали украшениями, то жемчуг в обработке не нуждается.

Местообитание устриц-жемчужниц – теплые прибрежные воды глубиной 5–60 метров. Жемчужина представляет собой чужеродное образование в мягких тканях устрицы. Если в раковину попадает песчинка или кусочек коралла, то моллюск начинает обволакивать чужеродный предмет кристаллическим веществом – карбонатом кальция, или перламутром. Чем дольше жемчужина находится внутри устрицы, тем толще слой перламутра наращивается вокруг нее. На созревание жемчуга уходит 2–3 года.

Добывать жемчуг – изнурительная и опасная работа, поэтому свыше 99% жемчуга выращивается искусственно на фермах. Устриц помещают в специальные клетки, которые подвешивают к плавающим буям недалеко от берега.

В пресноводных водоемах Эстонии тоже обитают устрицы, внутри которых редко, но все же можно найти жемчужины.

Водолаз чистит клетки с устрицами На фермах люди кладут ядро жемчужины в раковину моллюска, а затем помещают их в сети, где моллюски начинают «производить жемчужины».

Раскрытая раковина с белым жемчугом

Хемосинтез в океанической коре

Слой подводных вулканических пород толщиной в несколько километров покрывает 60 процентов всей поверхности планеты. Обитающие там микроорганизмы во многом зависят от водорода, который образуется, когда вода проходит через богатую железом породу. С помощью водорода они преобразуют углекислый газ в органические вещества.

Этот процесс называется хемосинтезом. В отличие от него, в процессе фотосинтеза, свойственном обычно растениям, для тех же целей используется солнечный свет.

Хемосинтез встречается и в других глубоководных местах — например, в гидротермальных жерлах, но те ограничены континентальными шельфами, а площадь океанической коры гораздо больше. Если она и в самом деле населена микроорганизмами, то это первая крупная экосистема на Земле, которая существует благодаря химической энергии, а не солнечному свету, отмечает ведущий автор исследования Марк Левер из Орхусского университета (Дания).

Роль трудов Ч. Дарвина в создании научной эволюционной теории

К середине XIX в. возникли объективные условия для создания научной эволюционной теории. Они сводятся к следующему.

1. К этому времени в биологии накопилось много фактического материала, доказывающего способность организмов к изменениям, и была создана первая эволюционная теория.

2. Совершены все наиболее важные географические открытия, в результате чего были более или менее подробно описаны наиболее важные представители органического мира; обнаружено большое разнообразие видов животных и растений, выявлены некоторые промежуточные формы организмов.

3. Бурное развитие капитализма требовало изучения источников сырья (в том числе и биологического) и рынков сбыта, что активизировало развитие биологических исследований.

4. Достигнуты большие успехи в селекции растений и животных, что способствовало выявлению причин изменчивости и закрепления возникших признаков у организмов.

5. Интенсивная разработка полезных ископаемых позволила обнаружить кладбища доисторических животных, отпечатки древних растений и животных, что подтверждало эволюционные идеи.

Создателем основ научной эволюционной теории стал Чарльз Дарвин (1809-1882). Ее основные положения были опубликованы в 1859 г. в книге «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствующих рас в борьбе за жизнь». Ч. Дарвин продолжал работу по развитию эволюционной теории и опубликовал книги «Изменение домашних животных и культурных растений» (1868) и «Происхождение человека и половой отбор» (1871). Эволюционная теория постоянно развивается, дополняется, но ее основы были изложены в вышеназванных книгах.

Созданию теории Дарвина способствовали ситуация, сложившаяся в биологии к моменту начала научной деятельности ученого, то, что он жил в самой развитой (в тот период) капиталистической стране — Англии, возможность осуществлять путешествия (Ч. Дарвин совершил кругосветное путешествие на корабле «Бигль»), а также личные качества ученого.

При разработке научной эволюционной теории Ч. Дарвин создал свое определение «вид», выдвинул новые принципы систематизации органического мира, состоящие в нахождении родственных (генетических) связей, возникших за счет одинакового происхождения всего органического мира; дал определение эволюции как способности видов к медленному, постепенному развитию в процессе своего исторического существования. Он правильно раскрыл причину эволюции, состоящую в проявлении наследственной изменчивости, а также правильно раскрыл факторы (движущие силы) эволюции, включающие естественный отбор и борьбу за существование, через которую и реализуется естественный отбор.

Теория эволюции органического мира, разработанная в трудах Ч. Дарвина, явилась фундаментом для создания современной синтетической эволюционной теории.

Синтетическая теория эволюции органического мира — это совокупность научно обоснованных положений и принципов, объясняющих возникновение современного органического мира Земли. При разработке этой теории были использованы результаты исследований в области генетики, селекции, молекулярной биологии и других биологических наук, полученные во второй половине XIX и в течение всего XX столетия.

География

§ 47. Распространение жизни в океане

Вспомните

Как в зависимости от географической широты изменяется температура и соленость поверхностных вод океана? От чего зависит количество растворенного в воде кислорода? Что такое шельф?

Распространение организмов в зависимости от глубины. С глубиной уменьшается количество солнечного света, растворенного в воде кислорода, нарастает давление. Верхний слой воды до глубины 100 м хорошо освещен и содержит много кислорода. Поэтому в этом слое находятся почти все растения и весь планктон океана.

До глубины 1000 м простирается средний слой воды с сумеречным освещением. Еще глубже — до самого дна — располагается нижний слой, совсем не получающий света. В этом слое нет растений, здесь царство животных и бактерий. Насыщенность организмами здесь в несколько тысяч раз меньше, чем в верхнем слое. Из-за полного мрака у глубоководных животных развились специальные приспособления — органы свечения. Их используют для привлечения добычи, маскировки или введения в заблуждение жертвы или охотника.

Обитатели глубин испытывают на себе давление воды. Чем больше глубина, тем выше давление. Люди, например, не могут находиться на глубине без специального оборудования. У глубоководных животных давление воды уравновешивается давлением жидкости внутри их организмов. Жизнь в толщах воды с разным давлением часто отражается на форме тела рыб (рис. 164).

Распространение организмов в зависимости от климата. Благодаря изменению климата от экватора к полюсам в том же направлении изменяются свойства воды, а следовательно, и особенности органического мира.

В арктическом и антарктическом поясах жизнь очень бедна. Здесь мало как видов живых организмов, так и самих особей. Планктон развивается только в короткий летний период и лишь в местах, освобождающихся ото льда. Вслед за планктоном появляются рыбы и питающиеся ими моржи и тюлени.

Рис. 164. Рыбы из разных слоев водной толщи

Сельди, живущие в верхних слоях океана, имеют сжатое с боков тело. У акул и тунцов, обитающих на глубине, тело и сверху вниз, и с боков сжато почти одинаково. У донных скатов и камбалы тело плоское, сжатое сверху вниз.

В умеренных поясах температура воды весь год выше 0°С. Обилие растворенного в воде кислорода приводит к бурному развитию жизни. В умеренных поясах не очень велико разнообразие организмов, зато много особей каждого вида. Умеренные широты богаты рыбой, и здесь ведется ее активный промысел (сельдь, хек, треска, сайра, лососевые).

В тропических поясах весь год высокая температура воды и повышенная соленость. В воде мало растворенного кислорода и питательных веществ. Из-за этого меньше, чем в умеренных поясах, планктона, а следовательно, и рыбы. Однако в жарких поясах огромное разнообразие теплолюбивых рыб и донных организмов (кораллов, моллюсков, иглокожих, ракообразных).

В экваториальном поясе температура воды весь год высокая. Бурное развитие жизни наблюдается вблизи устьев крупных рек, выносящих в океан питательные вещества. На дне океанов много коралловых построек. В экваториальных водах ведут отлов морских черепах, моллюсков, тунца, сардин, макрели.

Распространение организмов в зависимости от удаленности берегов. Наиболее благоприятные условия как для растений, так и животных находятся в зонах мелководий. Это шельфы морей и океанов. На их мелководьях много света, тепла, питательных веществ. Благодаря активному перемешиванию вода обогащается кислородом. По направлению к открытому океану насыщенность жизнью уменьшается в сотни раз.

Богатый мир донных животных обнаружен на участках дна океанов, где имеются выходы горячих подземных вод и газов. Здесь живут крупные моллюски, вестиментиферы —диковинные существа, похожие на больших (до 1 м длиной) червей. Эти и другие животные питаются особыми бактериями, которые создают органическое вещество не путем фотосинтеза, а за счет химических реакций.

Шельф составляет около 9% площади всего Мирового океана. Однако здесь сосредоточено 99% всех донных организмов и вылавливается более 90% всей морской рыбы.

Вопросы и задания

1. От каких причин зависит разнообразие и количество организмов в разных частях океана?
2. Как изменяется органический мир океанов с глубиной?
3. Почему в прибрежных частях больше живых организмов, чем в открытом океане?
4. В каком климатическом поясе больше всего морских организмов и почему?

Литература

• Пиневич А. В. Микробиология. Биология прокариотов: Учебник. В 3 т. Том 1., 2-изд., СПб., 2007.
• Козо-Полянский Б. М. К модернизации системы растительного мира, «Труды Воронежского гос. университета», 1949, т. 15
• Кусакин О. Г., Старобогатов Я. И. К вопросу о наивысших таксономических категориях органического мира, в сборнике: Проблемы эволюции, в. 3, Новосиб., 1973
• Мошковский Ш. Д. О природе простейших (Protozoa) и границах протозоологии, «Тр. Ленинградского общества естествоиспытателей», 1957, т. 73, в. 4
• Иванов А. В., Пооисхождение многоклеточных животных, Л., 1968
• Тахтаджян А. Л. Четыре царства органического мира, «Природа», 1973, № 2
• Строение ДНК и положение организмов в системе. , М., 1972
• Whittaker R. H., New concerts of the kingdoms of organisms, «Science», 1969, v. 163, № 3853
• Dodson E. G., The kingdoms of organisms, «Systematic Zoology», 1971, v. 20, № 3
• Leedale G. F., How many are the kingdoms of organisms, «Taxon», 1974, v. 23, № 23
• Margulis L., The classification and evolution of prokaryotes and eukaryotes, в кн.: Handbook of genetics, v. 1,…, 1974.

Какие части океана особенно богаты жизнью

Причины неравномерного распределения жизненных форм кроются в отличающихся условиях. На организмы могут влиять факторы:

1. Освещенность;
2. Насыщенность воды кислородом;
3. Давление воды;
4. Температура;
5. Волны и течения;
6. Соленость воды.

Самая благоприятная для жизни часть океана – верхние слои глубиной до 200 метров. Достаточная освещенность делает возможным процесс фотосинтеза у водорослей и фитопланктона. Флора Индийского океана занимает первое место по многообразию видов. Жизнь в Тихом океане имеет самые подходящие условия для водных растений. Они – главное звено пищевой цепи.

Фотосинтезирующие организмы дают кислород для дыхания и служат пищей животному миру мирового океана. Именно по этой причине в верхних слоях наиболее выражено разнообразие морских организмов и плотно заселены территории.

На глубине от 200 до 1000 метров простирается «сумеречная» зона. Свет недостаточен для жизни фотосинтезирующих растений, они тут отсутствуют. Рыбы и киты появляются для охоты. Живущие в этой зоне обитатели имеют светящиеся органы для приманивания добычи и мелкие размеры.

Если спуститься до отметки 4000 метров в глубину, можно оказаться в «полуночной» зоне. Свет не проникает в такие места. Огромное давление вынуждает животных двигаться медленно, а недостаток добычи — иметь огромную пасть для успешного сбора любой органики, какую удаётся найти. Глаза отсутствуют за ненадобностью. Жабры мощные – для извлечения кислорода из воды.