ПЛАНКТОН. МИР В КАПЛЕ ВОДЫ

Мы с вами присели на берегу пруда и видим только прибрежную растительность и … водную гладь. Если будем терпеливы, увидим, как рыбка взмахивает хвостиком (скорее всего она схватила упавшее насекомое) или какую-нибудь стрекозу, которая охотится за комарами. Когда ей надоедает летать, она садится передохнуть на торчащую из воды травинку. Забросим в воду удочку и, если повезет, можем поймать какую-нибудь рыбку. На этом наше знакомство с жизнью водоема и  заканчивается. На самом деле водная толща богата жизнью, и не только рыбами. Значительная часть организмов водоемов представлена невидимым планктоном. Большинство людей  знают о нем совсем немного, хотя количество организмов в водоемах огромно.

Планктон (от греческого «planktos»  –  парящий, блуждающий) объединяет организмы, населяющие толщу  воды. Планктон развивается в местах, где есть хотя бы малейшее количество воды. Это могут быть самые обычные лужи, ваза с цветами с застоявшейся водой, фонтаны, плафоны уличных фонарей, куда попадает вода, и др. Планктонные организмы обитают везде: в прудах озерах, морях и океанах. Величина биотопа планктонных организмов варьирует от размера Мирового океана до микроскопической капли воды.

Мир планктона огромен и разнообразен.  Планктонное сообщество самое древнее и важное с многих точек зрения. Планктон существует около 2-3 млрд. лет. Организмы планктона были первые, кто начали снабжать планету кислородом. И сейчас около 40% кислорода продуцируется водными растениями и в первую очередь планктонными.

Планктон имеет большое значение в пищевом балансе водных экосистем, так как им питаются многие виды рыб, киты и некоторые птицы. Микроскопические водоросли, подобно растениям суши за счет фотосинтеза создают органическое вещество. Ими питаются ракообразные, а те, в свою очередь, служат пищей для рыб.

Воздействие планктона на водные ресурсы настолько велико, что он может изменять даже на химический состав вод. В пресных водоемах фотосинтез водорослей порой бывает настолько интенсивным, что количество кислорода в воде может достигать 300% от его полного насыщения. При сильном развитии водорослей количество биогенных веществ уменьшаться практически до нуля,  а величины рН могут смещаться в ту или иную сторону на 2 единицы. Фильтрационная активность зоопланктона настолько велика, что он может профильтровать весь водоем всего за одни сутки. В океане, где концентрация зоопланктона значительно ниже, чем в пресных водоемах, верхний 500-метровый слой фильтруется всего за 2-3 месяца.

В состав планктона входят фитопланктон, бактериопланктон и зоопланктон. В основном это малые организмы, размер которых чаще всего не превышает несколько десятков микрометров для водорослей и несколько сантиметров для зоопланктона. Однако все же большая часть животных имеет значительно меньшие размеры. К примеру, размер самой крупной пресноводной дафнии не превышает 5 мм. 

Какова же их концентрация в водоемах. К примеру, численность бактерий в одном кубическом сантиметре воды достигает 5-10 млн. клеток, водорослей – в таком же объеме – десятки-сотни тысяч, а зоопланктонных организмов – сотни экземпляров. Это почти невидимый мир. Связано с тем, что  большинство организмов планктона имеют очень малые размеры,  и чтобы их рассмотреть, необходим микроскоп с большим увеличением.              

Организмы, входящие в состав планктона находятся в толще воды в состоянии парения. Они не могут противостоять переносу их течениями. Однако об этом можно говорить лишь в общих чертах, так как в спокойной воде многие планктонные организмы могут передвигаться (хотя и медленно) в определенном направлении. Водоросли, меняя плавучесть,  перемещаются вертикально в пределах нескольких метров. Днем они находятся в верхнем хорошо освещенном слое воды, а ночью опускаются на три-пять метров глубже, где больше минеральных веществ. Зоопланктон в морях и океанах ночью поднимается в верхние слои, где питается микроскопическими водорослями, а утром опускается на глубину до 300 метров и более.           

Кто же входит в состав планктона? Большая часть планктонных организмов всю свою жизнь проводит в толще воды и не связана с твердым субстратом.  Хотя покоящиеся стадии многих из них (в основном пресноводные) в зимнее время оседают на дно водоема, где пережидают неблагоприятные условия.

В то же время среди них есть и такие, которые проводят в толще воды только часть жизни. Это меропланктон (от греч. «meros» – часть). В эту группу планктона входят личинки многих донных организмов – морских ежей, звезд, офиур, червей, моллюсков, крабов, кораллов и других. Они ведут планктонный образ жизни, разносятся течениями, находят места для дальнейшего обитания, оседают на дно и уже до конца жизни не покидают его. Благодаря планктонным личинкам  донные организмы разносятся течениями на большие расстояния, точно так же, как семена наземных растений разносятся ветром. Икра некоторых рыб и их личинки также ведут планктонный образ жизни. Икринка содержит капельку жира, которая поддерживает ее в толще воды.       

Как мы уже отмечали, большинство планктонных организмов рождаются в толще воды, там же они и умирают. Большинство из них не доживает до «преклонного возраста», а выедаются различными организмами  будучи «молодыми». Однако это отрицательно не сказывается на сообществе, чем быстрее выедаются организмы, тем быстрее осуществляется их прирост. Т.е. скорость прироста настолько велика и компенсирует их выедание.

У планктонных организмов выработались приспособления, облегчающие им парение в толще воды. Это всевозможные выросты, уплощение тела, газовые и жировые включения, пористый скелет. К примеру, у планктонных моллюсков раковинка, в отличие от донных организмов, очень тонкая, иногда – еле видимая.  Многие планктонные организмы (такие как медузы) имеют студенистые ткани. Все это позволяет им без каких-то существенных энергетических затрат поддерживать свое тело в толще воды.      

Многие планктонные ракообразные совершают вертикальные миграции. В ночное время они поднимаются к поверхности, где поедают водоросли, а ближе к рассвету опускаются на глубину несколько сот метров. Там, во тьме они скрываются от рыб, которые питаются ими. Кроме того, низкая температура снижает обмен веществ, а соответственно и энергетические траты  на поддержание жизнедеятельности. На больших глубинах плотность воды выше, чем у поверхности, и организмы находятся в состоянии нейтральной плавучести, что позволяет им экономить энергетические ресурсы.     Фитопланктон населяет в основном поверхностные слои воды, куда проникает солнечный свет. Ведь водорослям, так же как и наземным растениям, для развития необходим свет. В морях они обитают до глубины 50-100 м, в пресных водоемах – до 10-20 метров, что связано с разной прозрачностью этих водоемов.

Микроскопические водоросли являются первопищей для всех водных организмов. Как уже отмечалось, их размер не превышает несколько десятков микрометров. Этими водорослями питаются ракообразные. Среди них наиболее известен криль, куда входят эвфаузиевые раки размером до 1,5 см. Рачков поедают рыбы-планктофаги, а их, в свою очередь, более крупные рыбы. Крилем питаются киты, которые отфильтровывают их в огромных количествах. Так, в желудке голубого кита длиной 26 м нашли 5 миллионов этих рачков.  

Морской фитопланктон в основном состоит из диатомовых водорослей и перидиней. Диатомовые водоросли господствуют в полярных и приполярных морских (океанских) водах. Их настолько велико, что кремниевые скелеты после их отмирания образуют донные отложения. Диатомовыми илами покрыта большая часть дна холодных морей. Они залегают на глубинах порядка 4000 м и состоят главным образом из створок крупных диатомей. Мелкие панцири обычно растворяются, не достигнув дна. Количество створок диатомей в некоторых районах океана достигает 100-400 миллионов в 1 грамме ила. Диатомовые илы со временем трансформируются в осадочные породы, из которых образуется минерал диатомит. Он используется в качестве фильтрующего материала или сорбента. Этот минерал служит основой для изготовления динамита.

В 1866-1876 гг. шведский химик и предприниматель Альфред Нобель изыскивал пути и способы производства сильнодействующего взрывчатого вещества. Нитроглицерин – весьма эффективное взрывчатое вещество, однако он самопроизвольно взрывается при небольших толчках. Установив, что для предотвращения взрывов достаточно пропитать жидким нитроглицерином диатомовую землю, Нобель создал безопасную взрывчатку – динамит. Таким образом, обогащение Нобеля и установленные его завещанием известные «Нобелевские премии» свои существованием обязаны мельчайшим диатомовым водорослям.

Для теплых вод тропиков характерно более высокое видовое разнообразие, по сравнению с фитопланктоном арктических морей. Здесь наиболее разнообразны водоросли перидинеи.

В морском планктоне широко распространены известковые жгутиковые кокколитофориды и кремнежгутиковые силикофлагелляты. Большинство из них несут в себе функции растений и животных, т.е. могут фотосинтезировать, подобно растениям, и потреблять подобно простейшим оформленную пищу. Поэтому ботаники и зоологи до сих пор не могут договориться между собой к какому царству их относить.

Кокколитофориды в основном населяют тропические воды. Известковые илы, состоящие в том числе из скелетов кокколитофорид, широко распространены в Мировом океане. Чаще всего они встречаются в Атлантическом океане, где ими покрыто более 2/3 поверхности дна.

Визуальные наблюдения за морскими и океаническими водами позволяют по окраске воды устанавливать распределение планктона. Синева и прозрачность вод свидетельствует о скудости жизни; в такой воде практически некому отражать свет, кроме самой воды. Голубой цвет – это цвет морских пустынь, где плавающие организмы попадаются очень редко. Зеленый цвет – индикатор развития водорослей. Поэтому, когда рыбаки встречают зеленую воду, они знают: поверхностные слои богаты растительностью, а там, где много водорослей, всегда изобилуют питающиеся ими животные, в том числе и рыба. Опытный рыбак может уловить тончайшие оттенки цвета морской воды. В зависимости от того, ловит ли он рыбу в «зеленой», «желтой» или «красной» воде, опытный глаз может с достаточной степенью вероятности предсказать характер и размеры улова.    Фитопланктон справедливо называют пастбищем моря. Микроскопические водоросли – основная пища огромного количества обитателей океана.

В пресных водоемах преобладают синезеленые (цианобактерии), зеленые, диатомовые и динофитовые водоросли. Обильное развитие фитопланктона (так называемое «цветение» воды) изменяет цвет и прозрачность воды. В пресных водоемах чаще всего наблюдается цветение синезеленых. Выделяемые ими токсичные вещества снижают качество воды, что порой приводит к отравлению животных и человека.

Окраска воды в тех или иных районах или морях иногда бывает настольно характерной, что моря получали свое название по цвету воды. Например, своеобразный цвет Красного моря вызван присутствием в нем синезеленой водоросли триходесмиум (Trichodesmium egythraeum), имеющей пигмент, придающей воде красновато-коричневый оттенок.

Своеобразную окраску воде придают некоторые относимые к растениям динофлагелляты (например, Gonyaulax и Gymnodinium) В тропических и умеренных теплых водах эти существа порой размножаются так быстро, что море становится красным. Рыбаки называют это явление «красным приливом». Огромные скопления динофлагеллят (до 6 млн. клеток в 1 литре воды) крайне ядовиты, поэтому во время «красного прилива» погибают многие организмы. Эти водоросли не только ядовиты сами по себе; они выделяют ядовитые вещества, которые затем накапливаются в организмах, поедающих их. Любое существо, будь то рыба, птица или человек, съев такой организм, получает опасное отравление. К счастью, явление «красного прилива» носит местный характер и случается не часто.

Воды морей окрашиваются не только  присутствием водорослей, но и зоопланктоном. Большинство эвфаузиид прозрачны и бесцветны, однако некоторые из них окрашены в ярко-красный цвет. Такие эвфаузииды обитают в более холодных северных и южных полушариях, иногда скапливаются в таких количествах, что все море окрашивается в красноватый цвет.

Окраску воде придают не только микроскопические планктонные водоросли, но и различные частицы органического и неорганического происхождения. После сильного дождя реки приносят в море множество минеральные частиц, из-за чего вода приобретает различные оттенки. Так, глинистые частицы, приносимые рекой Хуанхэ (от кит. – Желтая река), придают Желтому морю соответствующий оттенок. Многие реки и озера содержат такое большое количество гуминовых соединений, что их воды становятся бурыми или черными. Отсюда названия многих из них: Рио-Негро – в Южной Америке, Черная Вольта, Нигер – в Африке. Многие наши реки и озера  из-за цвета воды носят названия «черная».

В пресных водоемах окрашивание воды за счет развития водорослей проявляется чаще и интенсивнее. Массовое развитие водорослей вызывает явление «цветения» водоемов. В зависимости от состава фитопланктона вода окрашивается в различные цвета: от зеленых водорослей Eudorina, Pandorina, Volvox – в зеленый цвет; от диатомей Asterionella, Tabellaria, Fragilaria – желтовато-бурый цвет; от жгутиковых Dinobryon – в зеленоватый, Euglena – в зеленый, Synura – в коричневый, Trachelomonas – в желтовато-коричневый цвета; от динофитовых Ceratium – в желто-бурый цвет.    

Суммарная биомасса фитопланктона в океане невелика по сравнению с биомассой питающегося им зоопланктона (соответственно, 1,5 млрд. тонн и более 20 млрд. т).  Однако из-за быстрого размножения водорослей их продукция (урожай) в Мировом океане почти в 10 раз больше суммарной продукции всего живого населения океана. Развитие фитопланктона во многом зависит от содержания в поверхностных водах минеральных веществ, фосфатов, соединений азота и других. Из концентрация в основном невелика, поэтому в морях наиболее обильно развиваются водоросли в районах подъема глубинных вод (т.н. апвеллинг), богатых минеральными веществами.

В пресных водоемах поступление смываемых с полей минеральных удобрений, различных бытовых и сельскохозяйственных стоков приводит к массовому развитию водорослей, что отрицательно сказывается на качестве вод.

Роль бактерий в составе планктона крайне велика. Они  минерализуют органические соединения (в том числе и различные загрязнители) водоемов и вновь включают их  в биотических круговорот. Сами бактерии являются пищей для многих зоопланктонных организмов. Численность планктонных бактерий в морях и чистых пресных водоемах (к примеру, в Байкале) не превышает 1 млн. клеток в одном миллилитре воды. В большинстве пресных водоемов их численность изменяется в пределах 3-10 млн. клеток в  одном миллилитре воды, в рыбоводных прудах число бактерий значительно выше, достигает 20-50 млн. кл/мл.