Читайте также:
|
Породы архея и раннего протерозоя дошли до нас в сильно измененном состоянии. Высокие давления и температуры преобразовали первоначальный облик породы, уничтожив всякие следы древней жизни. Поэтому изучение древнейшего животного и растительного мира связано с огромными трудностями. Однако за последнее столетие с помощью приборов удалось кое-что прояснить и в облике самых первых организмов на Земле.
Изучая с помощью электронного микроскопа, химических и изотопных анализов сланцы свиты Онвервахт (Родезия), возраст которых превышает 3,2 миллиарда лет, ученые Аризонского университета (США) обнаружили в них тысячи мельчайших образований сферической, нитеобразной и скорлуповидной формы. Размеры частиц не превышали 0,01 мм. Исследования проводились в специально оборудованной лаборатории, исключавшей возможность загрязнения образцов посторонними организмами. Ученые полагают, что найденные образования представляют собой окаменевшие остатки одноклеточных морских водорослей. Однако другие исследователи критически относятся к их выводам, полагая, что эти образования могут иметь небиологическое происхождение.
Похожие остатки водорослей и бактерий в породах с абсолютным возрастом 2,7—3,1 миллиарда лет обнаружены в кремнистых и железистых сланцах Северной Америки, Центральной Африки и Австралии. Эти находки дают основание полагать, что к началу архейской эры закончилась химическая и началась биологическая эволюция.
На основании сделанных находок можно предполагать, что уже в океанах архейского и раннепротерозойского возрастов господствовали простейшие одноклеточные организмы: бактерии, водоросли, грибы, простейшие животные. В архее происходит приспособление первых организмов к различным формам питания. Одни организмы усваивали в процессе фотосинтеза питательные вещества из воды, углекислоты и неорганических солей (автотрофные); другие — жили либо за счет автотрофов (гетеротрофные), либо питались разлагающимися органическими остатками (сапрофаги). Происходило деление органического мира на царство растений и царство животных.
В раннем протерозое, по-видимому, появились первые многоклеточные организмы. Это наиболее примитивные формы без четко дифференцированных тканей. К ним относятся, в частности, представителя типа губок — водные организмы, ведущие придонный прикрепленный образ жизни. Форма губок разнообразна, она может напоминать цилиндр, кубок, бокал, шар. В мягкой ткани животного имеется органический или минеральный скелет, состоящий из спикул. Представители губок до сих пор населяют моря и океаны нашей планеты, однако первые примитивные губки давно вымерли и до нас дошли лишь в ископаемом состоянии.
Несколько позднее появляются представители типа кишечнополостных. У них уже намечается дифференциация тканей и органов. Представители кишечнополостных, так же как и губок, дожили до наших дней и широко расселились в морях, океанах и даже в пресных водоемах, Среди них хорошо известные нам кораллы, медузы, гидры.
Из растений в архее и раннем протерозое активно развиваются сине-зеленые водоросли. Остатки этих водорослей в виде шаровидных, грибовидных и столбообразных известковых тел, характеризующихся тонкой концентрической слоистостью, часто находят в породах протерозоя. Считают, что первыми представителями органической жизни на Земле были именно сине-зеленые водоросли. Опыты, поставленные в МГУ еще в прошлом веке, показали, что они могут существовать в таких условиях, какие «противопоказаны» другим растениям и животным. В герметически запаянном стеклянном шаре эти водоросли жили более 16 лет! Все другие обитатели подобных стеклянных шаров быстро погибли, некоторые бактерии «держались» 12 лет, выжили лишь сине-зеленые. Это доказывает, что они могут развиваться даже в бескислородной среде.
Поразительная приспособляемость этих водорослей видна из того, что сейчас они встречаются в ледяной Арктике, в горячих гейзерах, на дне Мертвого моря, в нефтяных источниках, в горах на высоте более 5000 метров. Это единственные живые организмы, выдержавшие взрывы атомных и водородных бомб. Они обнаружены даже внутри атомных реакторов. Такая удивительная жизнестойкость позволила некоторым ученым высказать предположение о неземном происхождении сине-зеленых водорослей. Как бы то ни было, но это первые организмы, появившиеся не только в древнейших океанах, но и на суше.
Исследование американского профессора Э. Баргхорна показали, что сине-зеленые водоросли первыми стали заимствовать из воды газообразный кислород. В океанах около их колоний создавалась своеобразная «водяная» атмосфера, насыщенная кислородом. Этим кислородом дышали первые морские организмы (кишечнополостные, губки). Постепенно кислород стал выделяться в атмосферу, заполнять ее. Благодаря жизнедеятельности сине-зеленых водорослей на нашей планете начала формироваться кислородная атмосфера.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТРОПА ВОДНАЯ ЭКОСИСТЕМА
РАЗРАБОТЧИК: Фролова Галина Ивановна, ГОУ МДЭБЦ
Дорогой друг! Ты добрался в своем увлекательном путешествии до водоема. Каждый водоем представляет собой водную экосистему.
1 этап. Информационный.
Термин «экосистема» предложил английский эколог Альфред Тенсли в 1935 году. Экосистема – это совокупность взаимодействующих организмов и условий среды.
На современной Земле четко выделяются четыре среды жизни — водная, наземно-воздушная, почва и живые организмы. Вода стала первой средой жизни. Именно в ней возникла жизнь, которая затем распространилась и на наземно-воздушную среду. Водная среда – это реки, ручьи (водотоки), океаны, моря, водохранилища, пруды, озера, болота (водоемы).
Мы будем изучать обитателей водной среды на примере пресноводного водоема - пруда.
В чем отличается пруд от озера? Пруд мельче, чем озеро. Основное отличие пруда от озера, да и от более крупного водоема – водохранилища – кроется на его дне. И озеро, и водохранилище у берегов мелкие, а чем дальше от берегов к центру, тем становятся все глубже и глубже. Ну а в центральной части, называемой пелагиаль, глубина может достигать и пяти, и десяти, и двадцати метров. В озерах и водохранилищах берега и мелководье обычно покрыты густыми зарослями прибрежных и водных растений. Тут есть все необходимое для их жизни: свет, тепло и пища. Мелководья хорошо освещаются и прогреваются солнцем, а с берегов дождями постоянно приносятся питательные вещества. Но там, где дно опускается на метр-полтора от поверхности воды, освещение уже не то, да и питательных веществ для растений намного меньше, так как их перехватывают те, кто расположился ближе к берегу. Поэтому начиная с глубины в один-полтора метра, в озерах и водохранилищах обрываются прибрежные заросли и начинается чистое зеркало воды, то есть пелагиаль. В прудах же пелагиаль отсутствует. Пруды – мелководные водоемы, зарастающие по всей площади водными растениями.
Все население пруда можно разделить на несколько групп в зависимости от того, кто где живет. Например, некоторые организмы живут на поверхности воды (жук-вертячка, клоп водомерка).
 
Другие— в толще воды (клоп гладыш).
Третьи свою жизнь проводят на дне водоема (Моллюски).
 
Ученые, как люди наблюдательные и любознательные, давно подметили эту особенность в расселении водных животных по разным глубинам. Они выяснили, что животные, живущие рядом, хотя они и не родственники, имеют сходные черты и в строении тела, и в образе жизни. Чтобы понять, как это получилось, нужно представить водоем в виде двухэтажного дома, где обитают водные жители. Дно будет первым этажом, толща донного грунта — подвалом, водная масса — вторым этажом, а поверхностная пленка — крышей (водное зеркало) и чердаком (подзеркалье).
Каждый этаж этого дома имеет свои особые условия для жизни, свои характерные свойства. Так, на первом этаже мало света и кислорода, зато вокруг вода, под ногами есть надежная опора, нет ветра, нет и сильных перепадов температуры. На крыше много света и воздуха с кислородом для дыхания, но в то же время ночью холодно, днем жарко, ветер сдувает, а вода только под ногами. На втором этаже кислорода и света больше, чем на первом, но несравненно меньше, чем на крыше, и нет даже такой опоры, как пленка натяжения воды.
Чтобы жить и выживать на том или ином этаже дома-пруда, его жителям приходилось приспосабливаться к имеющимся там условиям. И в итоге длительного процесса адаптации (т. е. приспособления) к тому или иному местообитанию у очень далеких по происхождению организмов выработались сходные черты в строении, жизненных циклах и поведении. Ученые на основании этих сходных черт объединили животных в группы и дали каждой свое название. Так, обитателей самого верхнего этажа — поверхностной пленки воды — объединили в одну экологическую группу и назвали нейстон (клоп водомерка).
Организмы же, часть тела которых находится в воде, а часть — над водой, получили название плейстон (ряска, жук плавунчик).
 
Обитателей первого этажа и подвала, то есть дна водоема, объединили в другую группу и назвали бентос, что означает «глубина». А жителей второго этажа, то есть водной толщи, разделили еще на две группы. В одну включили крупных и быстрых, способных противостоять течениям животных и назвалинектон, что в переводе значит «плавающий». В другую группу включили мелких и не способных быстро плавать и преодолевать течения животных. Этой группе дали имя планктон, то есть, парящий или блуждающий.
Разберем, что характерно для нектонных организмов. Они могут быстро плавать и преодолевать течения (рыбы, жуки, клопы и др.).
  
Что же общего у них всех? Обтекаемая форма тела — это раз. Сильные плавники, плавательные ноги, хвосты — это два. У всех быстрых пловцов торпедовидная форма тела — это три. Ну и у большинства покровы обильно смазываются слизью для уменьшения трения при плавании — это четыре.
Точно так же и планктонные организмы имеют целый ряд приспособлений для жизни в состоянии свободного парения. Планктонные организмы обладают сходными адаптациями: 1) общее увеличение поверхности тела за счет уменьшения размеров, сплющенности, удлинения, развития многочисленных выростов или щетинок; 2) уменьшение плотности за счет редукции скелета, накопления в теле жиров, пузырьков газа и т. п.
Планктонные организмы делятся на зоопланктеров, — животных, относящихся к зоопланктону, — мельчайшим, свободно парящим в толще воды. Выделение этих организмов в особую группу понадобилось для того, чтобы отличить их от других групп планктона. Кроме зоопланктона есть ещефитопланктон — микроскопические водоросли (микроскопические одноклеточные растения) и бактериопланктон — плавающие в воде бактерии. Таким образом, планктон — это сложное сообщество организмов.
Планктонные животные не могут преодолевать течения и переносятся ими на большие расстояния. Многие виды зоопланктона способны, однако, к вертикальным миграциям в толще воды на десятки и сотни метров как за счет активного передвижения, так и за счет регулирования плавучести своего тела.
Фитопланктон имеет большое значение в жизни водоемов, поскольку является основным продуцентом органического вещества в поверхностном слое воды (в переделах фотической зоны – зоны, где активно происходит фотосинтез). Фитопланктон - один из наиболее важных компонентов водных экосистем, жизнедеятельность которого определяет функционирование других организмов, и способствует самоочищению воды. Именно водорослям принадлежит главная роль в образовании органического вещества в водоемах, а также они определяют биологическую продуктивность и качество воды. Водоросли наиболее быстро реагируют на изменение условий среды и играют ведущую роль в процессах самоочищения водоемов. Это первое звено трофической (питательной) цепи водоемов. Однако при интенсивном развитии они сами являются фактором вторичного загрязнения, вызывая «цветение» воды. Одной из самых интереснейших групп водорослей являются диатомовые, имеющие кремниевый скелет и сине-зеленые, клетки которых не имеют ядра и вырабатывают токсические (ядовитые) вещества. Нередко встречаются в пресных водоемах и представители других отделов – зеленых, эвгленовых, золотистых.
 
Зоопланктон и бактерии встречаются на всех глубинах. В пресных водах распространены сравнительно крупные ракообразные (дафнии, циклопы), много мелких коловраток и простейших.
 
Планктонные организмы производят грандиозную работу по очистке воды от взвешенных в ней частиц и в то же время являются важным пищевым компонентом водных животных (рыб).
Бентос — совокупность организмов, обитающих на дне (на грунте и в грунте) водоемов. Он подразделяется на фитобентос и зообентос. Бентосные организмы различаются по образу жизни — подвижные, малоподвижные и неподвижные; по способу питания — фотосинтезирующие, плотоядные, растительноядные; по размерам — макро-, мезо-, микробентос.
Зообентос в основном представлен прикрепленными или медленно передвигающимися, а также роющимися в грунте животными. В пресных водах зообентоса меньше, чем в морях и океанах, а видовой состав однообразнее. В основном это простейшие, некоторые губки, ресничные и малощетинковые черви, пиявки, мшанки, моллюски и личинки насекомых.
 
Фитобентос пресных вод представлен бактериями, водорослями и водными растениями. Особенно обильны прибрежные растения, располагающиеся от берега вглубь четко выраженными поясами.
Есть в любом водоеме и совершенно особенные сообщества, которые формируются на подводных камнях, сваях, затопленных корягах и т. п. На их поверхностях поселяются организмы, способные прикрепляться и вести такой прикрепленный образ жизни. Это водоросли, мхи, бактерии, простейшие, черви, моллюски, ручейники и другие организмы. Они называются организмами-обрастателями, а их совокупность образует сообщество, называемое перифитон.
Все эти организмы можно назвать одним словом – гидробионты. Среди них есть такие, по развитию которых в воде можно оценить ее качество.
Среди методов гидробиологического анализа экологического состояния водных объектов сапробиологический анализ (метод биоиндикации) занимает одно из важнейших мест.
Первоначально под сапробностью понималась способность организмов развиваться при большем или меньшем содержании в воде органических загрязнений. Затем экспериментально было доказано, что сапробность организмов обуславливается как его потребностью в органическом питании, так и приспособлением к существованию в загрязненных водах. Наши исследования основаны на способности отдельных видов - видов – биоиндикаторов - показывать своим развитием и существованием в воде на ее степень загрязнения. К методам биоиндикации относят систему сапробности вод, оцениваемую степенью их загрязнения органическими веществами и продуктами их распада.
В полисапробной зоне, находящейся вблизи от места сброса сточных вод, происходит расщепление белков и углеводов в аэробных условиях. Эта зона характеризуется почти полным отсутствием свободного кислорода, наличием в воде неразложившихся белков, значительных количеств сероводорода и углекислого газа. Самоочищение здесь идет в основном за счет деятельности бактерий. Число видов, способных жить в крайне загрязненных водоемах невелико, но зато они встречаются здесь в массовых количествах.
В мезосапробной зоне загрязнение выражено слабее: неразложившихся белков нет, сероводорода и диоксида углерода немного, кислород присутствует в заметных количествах, однако в воде есть еще такие слабоокисленные азотистые соединения, как аммиак, амино и аминокислоты. Мезосапробная зона подразделяется на альфа- и бета-мезосапробные подзоны. Видовое разнообразие бета-мезосапробной зоны больше, но численность и биомасса организмов ниже.
В олигосапробной зоне сероводород отсутствует, диоксида углерода мало, количество кислорода приближается к нормальному насыщению, растворенных органических веществ практически нет. Для этой зоны характерно высокое видовое разнообразие организмов, но численность и биомасса их незначительны.
Применяя методы биоиндикации, мы попробуем оценить качество воды нашего пруда по состоянию и развитию организмов:
- растительных (общее число видов водорослей, доминирующие виды водорослей, сапробность водоема);
- животных (индекс Майера).
Видовой состав и численность обитателей водоема зависят от свойств воды. Главная идея биоиндикации состоит в том, что гидробионты отражают сложившиеся в водоеме условия среды. Те виды, для которых эти условия неблагоприятны, выпадают и заменяются новыми видами с иными потребностями.
1. Биоиндикация качества воды с использованием водорослей (альгоиндикация).
В качестве индикаторов загрязнения воды органическими веществами наряду с другими организмами используются водоросли.
Как изучать водоем
Первый этап изучения - наблюдения в природе, на берегу водоема. Следует оценить: 1) проточность водоема, 2) наличие прибрежных или водных зарослей высших растений (т.е. имеющих листья и корни - стебли могут быть незаметными), 3) зарастание водоема водорослями, появляющимися на поверхности воды в виде «тины», 4) водоросли, прикрепленные ко дну или подводным предметам, 5) окраску воды, т.е. наличие «цветения» воды. При «цветении» вода приобретает либо ярко-зеленый цвет (развитие зеленых водорослей), либо серовато-сине-зеленую окраску (развитие сине-зеленых водорослей). «Цветение» воды возникает обычно, когда в одном литре воды насчитывается несколько миллионов клеток.
Второй этап изучения - сбор материалов для лабораторного исследования (сбор водорослей).
В водоеме водоросли поселяются в трех местообитаниях:
1) в толще воды (планктон), 2) на дне водоема (бентос) и 3) на поверхности погруженных в воду предметов (перифитон). Прежде всего надо осмотреть водоем и его дно и обнаружить наличие бентоса в виде разрастаний водорослей - «тины», хлопьев или отдельных нитей, собрать их в баночку. Если бентос не заметен макроскопически, но дно покрыто илом, то с помощью пипетки или стеклянной трубочки надо втянуть небольшое количество ила и тоже поместить в баночку. Хорошим объектом для изучения бентоса являются хлопья, плывущие по поверхности воды: это кусочки бентоса, поднятые со дна водоема выделенным водорослями кислородом.
Перифитон может быть представлен либо обрастаниями из крупных водорослей - до 0,5 м длиной, либо микроскопическими налетами, которые можно соскоблить ножом. При наличии в воде высших растений можно сделать «выжимку» из листьев, на которых всегда есть водоросли-эпифиты.
Сложнее сбор фитопланктона. Только в случае «цветения» воды, когда водорослей очень много, можно смотреть планктон в натуральной воде. В большинстве случаев планктон приходится концентрировать. Для этого используются отстойный метод: зачерпывается 0,5 л воды, помещается в бутылку и фиксируется раствором аптечного Люголя до появления светло-желтой окраски. Вода отстаивается 15-20 дней, планктон в это время осаждается, и воду отсасывают из середины бутылки сифоном, при этом планктон остается на дне. Для анализа берут каплю планктона, готовят препарат и исследуют под микроскопом. Все пробы должны быть снабжены этикетками с указанием даты и места сбора.
Третий этап работы - изучение и оценка собранного материала. Большинство водорослей - либо микроскопические организмы, либо требуют микроскопического изучения для уточнения строения. Определяется состав видов водорослей или видовое разнообразие, обилие отдельных видов, виды-индикаторы. Нужен микроскоп с увеличением минимум X 400 (10- окуляр X 40- объектив). Желательно иметь определители водорослей. На фотографиях представлены некоторые наиболее распространенные в пресных водоемах виды водорослей. (Приложение 1).
Четвертый этап - оценка результатов. Разработана специальная шкала, позволяющая по составу водорослей оценить степень органического загрязнения.
При анализе проб подсчитывается общее число встреченных видов и обилие каждого вида (по 5-балльной шкале); выявляются доминирующие виды и их сапробность; делается вывод о преобладании видов определенной сапробности.
В полисапробной зоне водоема наблюдается обилие инфузорий и бактерий, видов водорослей немного: это хлорелла, некоторые виды эвглен и осциллаторий. При этом численность водорослей может быть высокой. Преобладание полисапробов в естественных водоемах, как правило, приурочено к местам сброса органических стоков, к местам «гниения».
В мезосапробной зоне видовое разнообразие водорослей большое. При этом в бета-мезосапробной зоне количество видов водорослей больше, чем в альфа-мезосапробной, но их численность может быть ниже.
Наличие альфа-мезосапробов говорит о существовании очагов загрязнения в относительно чистых водоемах или приурочено к участкам, где кончается влияние сильного загрязнения (так, например, у сбросов очищенных вод городской канализации). Это могут быть и водоросли планктона и обрывки водорослей бентоса. В застойных местах загрязненных водоемов встречаются хлопья осциллатории, отличающейся грязно-сине-зеленой окраской.
Бета-мезосапробы - показатели умеренного, можно сказать, естественного загрязнения, характерного для живого, наполненного многими гидробионтами водоема. В планктоне преобладают многие диатомеи, для бентоса и перифитона обычна крупная водоросль синедра. Из группы бета-мезосапробов следует отметить токсичную сине-зеленую водоросль микроцистис.
В олигосапробной зоне водоросли разнообразны, но численность их невелика. Олигосапробы встречаются преимущественно в чистых водоемах, родниках, речных ручейках. Списки видов – обитателей различных зон с фотографиями приведены в Приложении 1.
Поскольку при просмотре учитывается не только состав видов, но и их обилие, можно составить определенные коэффициенты (или индексы), умножая обилие видов определенной сапробности (количество клеток водорослей) на показатель сапробности (допустим, олиго = 1, бета = 2, альфа = 3, поли = 4).
Так можно сравнить разные по сапробности водоемы. А главное - можно оценить относительную чистоту воды.
2. Биоиндикация качества воды по животному населению
Отбор и обработка проб для анализа
При выборе участков отбора проб следует учитывать ряд условий. На них не должно быть мелководий с густой водной растительностью, а также затонов с застойной водой.
Пробы грунта с обитающими в нем донными организмами отбирают с помощью сачкового скребка.
Скребок представляет собой сачок, имеющий в нижней части дугообразного обода заточенную металлическую пластинку длиной 25 см. Сачок обшивают прочной сетчатой тканью. Сачком пробы собирают в ведро или тазик.
Отбор организмов обычно ведут на месте отбора проб. При этом небольшую порцию грунта переносят в кювету с водой и с помощью пинцета перекладывают животных в баночки с 4%-ным раствором формалина. На баночки наклеиваются этикетки, на которых указываются дата и место отбора пробы. Допускается разбор проб и в лаборатории. Промытые пробы могут храниться в холодильнике в течение 1-2 суток.
2. Оценка качества воды пруда по биотическому индексу Майера
О чистоте воды природного водоема можно судить по видовому разнообразию и обилию животного населения.
Чистые водоемы заселяют пресноводные моллюски, личинки веснянок, поденок, вислокрылок и ручейников. Они не выносят загрязнения и быстро исчезают из водоема, как только в него попадают сточные воды.
Умеренно загрязненные водоемы заселяют водяные ослики, бокоплавы, личинки мошек (мокрецов), двустворчатые моллюски-шаровки, битинии, лужанки, личинки стрекоз и пиявки (большая ложноконская, малая ложноконская, клепсина).
Чрезмерно загрязненные водоемы заселяют малощетинковые кольчецы (трубочники), личинки комара-звонца (мотыли) и ильной мухи (крыска).
Данная методика подходитдля любых типов водоемов. Она более простая и имеет большое преимущество — в ней не надо определять беспозвоночных с точностью до вида. Метод основан на том, что различные группы водных беспозвоночных приурочены к водоемам с определенной степенью загрязненности. При этом организмы-индикаторы относят к одному из трех разделов, представленных в таблице.
Нужно отметить, какие из приведенных в таблице групп обнаружены в пробах. Количество найденных групп из первого раздела необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела — на 2, а из третьего — на 1. Получившиеся цифры складывают: Х*3 +Y*2 +Z*1 = S По значению суммы S (в баллах) оценивают степень загрязненности водоема: • более 22 баллов — водоем чистый и имеет 1 класс качества; • 17-21 баллов — 2 класс качества; • 11-16 баллов — умеренная загрязненность водоема, 3 класс качества; • менее 11 — водоем грязный, 4 -7 класс качества. Простота и универсальность метода Майера дают возможность быстро оценить состояние исследуемого пруда. Если проводить исследования качества воды регулярно в течение какого-то времени и сравнивать полученные результаты, то даже с использованием этих простых методов можно уловить, в какую сторону изменяется состояние пруда. Дата добавления: 2015-08-26; просмотров: 447 | Нарушение авторских прав
|