Главная страница

Прикладная экология морских организмов. История становления прикладной экологии морских организмов


Скачать 0.81 Mb.
НазваниеИстория становления прикладной экологии морских организмов
АнкорПрикладная экология морских организмов.docx
Дата16.01.2018
Размер0.81 Mb.
Формат файлаdocx
Имя файлаПрикладная экология морских организмов.docx
ТипДокументы
#34841
страница1 из 2
Каталог
  1   2

  1. История становления прикладной экологии морских организмов.

В работах древнегреческих философов Гераклита (530–470 гг. до н. э.), Гиппократа (460–356 гг. до н. э.), Аристотеля (384–322 гг. до н. э.), Теофраста Эрезийского (372–287 гг. до н. э.), Плиния Старшего (23–79 гг.) и других содержатся сведения экологического характера. Например, Аристотель описал 500 известных ему видов животных, особенности их поведения и приспособления к условиям окружающей среды. Его ученик Теофраст Эрезийский описывал особенности роста растений и их формы в зависимости от грунта и климата. В его работах впервые было предложено разделить покрытосеменные растения на основные жизненные формы: деревья, кустарники, полукустарники, травы. К этому же периоду относится знаменитая «Естественная история» Плиния Старшего (23–79 гг. н. э.).

В Средние века в Европе интерес к изучению природы ослабевает, подменяясь схоластикой и богословием. Жизнь на Земле толковалась исключительно как воплощение воли Бога. Людей сжигали на кострах не только за идеи развития природы, но и за чтение книг древних философов. В этот период, затянувшийся на целое тысячелетие, только единичные труды содержат факты научного значения. Большинство же сведений имеют прикладной характер. Описываются целебные травы, сельскохозяйственные растения и животные, природа далеких стран (Марко Поло, XIII в., Афанасий Никитин, XV в.).

Началом новых веяний в науке в период позднего Средневековья являются труды Альберта Великого (Альберт фон Больштедт, 1193–1280 гг.). В своих книгах о растениях он придает большое значение условиям их местообитания, где помимо почвы важное место уделяет солнечному теплу; рассматривая причины зимнего сна у растений, размножение и рост организмов, ставит их в неразрывную связь с питанием.

Крупными сводами средневековых знаний о живой природе являлись многотомное «Зеркало природы» Венсенаде Бове (XIII в.), «Поучение Владимира Мономаха» (XI в.), «О поучениях и сходствах вещей» доминиканского монаха Иоанна Сиенского (начало XIV в.).

В эпоху Возрождения продолжалось накопление данных о растительном и животном мире. Первые систематики Д. Цезалпин (1519–1603), Д. Рей (1627–1705), Ж. Турнефор (1656–1708) в своих трудах приводят сведения экологического характера, в частности, зависимость распространения растений от условий их произрастания. Все перечисленные творения представляют собой первый этап «стихийной» экологии – этап накопления эмпирических знаний.

Второй этап развития науки связан с крупномасштабными ботанико-географическими исследованиями в природе. Подлинным основоположником экологии растений принято считать А. Гумбольдта (1769–1859), опубликовавшего в 1807 г. работу «Идеи о географии растений», где на основе своих многолетних наблюдений в Центральной и Южной Америке он показал значение климатических условий, особенно температурного фактора, для распределения растений. В сходных зональных и вертикально-поясных географических условиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные «физиономические» формы, т. е. одинаковый внешний облик. По распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды.

Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распространение и биологию животных.

В 1832 г. О. Декандоль (1778–1841) обосновал необходимость выделения особой научной дисциплины «эпиррелогии», изучающей влияние на растения внешних условий и воздействие растений на окружающую среду. Декандоль писал: «Растения не выбирают условия среды, они их выдерживают или умирают. Каждый вид, живущий в определенной местности, при известных условиях представляет как бы физиологический опыт, демонстрирующий нам способ воздействия теплоты, света, влажности и столь разнообразных модификаций этих факторов», т. е. рассматривал влияние факторов среды и образование биоценозов.

Число таких факторов по мере расширения и углубления исследований по экологии растений возрастало, а оценка значимости отдельных факторов изменялась.

Русский ученый Э.А. Эверсман (1794–1860) рассматривал организмы в тесном единстве с окружающей средой. В работе «Естественная история Оренбургского края» (1840) он четко разделил факторы среды на абиотические и биотические, привел примеры борьбы и конкуренции между организмами, между особями одного и разных видов.

Дальнейшее развитие науки экологии произошло на базе эволюционного учения Ч. Дарвина (1809–1882). Он по праву является одним из основоположников классической экологии. В книге «Происхождение видов» (1859) им показано, что борьба за существование в природе приводит к естественному отбору, т. е. является движущим фактором эволюции. Взаимоотношения живых существ и связи их с неорганическими компонентами среды – большая самостоятельная область исследований.

Третий этап системных исследований охватывает конец XIX – первую половину XX в. и связан с именами российских ученых В.В. Докучаева (1846–1903), В.И. Вернадского (1863–1945), Г.Ф. Морозова (1867–1920), В.Н. Сукачева (1880–1967), украинских ученых Г.М. Высоцкого (1865–1940), П.С. Погребняка (1900–1970). Основное место в развитии системных экологических исследований занимают труды немецких ученых Э. Геккеля, Р. Гессе, В. Кюнельта, американских исследователей В. Шелфорда, Р. Чепмена, Г. Кларка, английских – Ч. Элтона, А. Тенсли, швейцарского – К. Шретера, испанского – Е. Макфельдьена и др.

В ходе развития экологической науки понятие экологии претерпело существенные изменения. Сам термин был введен в 1866 г. немецким зоологом-эволюционистом Э. Геккелем (1834–1919) в книге «Всеобщая морфология организмов». Во втором томе этого обширного труда Геккель дал свое определение экологии как науки: «Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все «условия существования». Они частично органической, частично неорганической природы; но как те, так и другие… имеют весьма большое значение для форм организмов, так как они принуждают их приспосабливаться к себе. К неорганическим условиям существования, к которым приспосабливаются все организмы, во-первых, относятся физические и химические свойства их местообитаний – климат (свет, тепло, влажность и атмосферное электричество), неорганическая пища, состав воды и почвы и т. д. В качестве органических условий существования мы рассматриваем общие отношения организма ко всем остальным организмам, с которыми он вступает в контакт и из которых большинство содействует его пользе или вредит. Каждый организм имеет среди остальных своих друзей и врагов таких, которые способствуют его существованию, и тех, что ему вредят. Организмы, которые служат пищей остальным или паразитируют в них, во всяком случае относятся к данной категории органических условий существования»

И все же начало развития экологии как самостоятельной науки следует отсчитывать от трудов Геккеля, давшего четкое определение ее содержания. Надо лишь отметить, что, говоря об «организмах», Геккель, как это было тогда принято, не имел в виду отдельных особей, а рассматривал организмы как представителей конкретных видов.

  1. Современные проблемы прикладной экологии:

На современном этапе развития общества, в эпоху бурного развития науки и техники почти все экологические проблемы возникают во взаимоотношениях человека и природы.

Загрязнение природной среды различными отходами производства выше предельно допустимой концентрации приводит к росту заболеваемости, и это принято считать современным экологическим кризисом.

Кислотные дожди— это атмосферные осадки, рН которых ниже, чем 5,5. Закисление осадков происходит вследствие попадания в атмосферу оксидов серы и азота.

Кислотные осадки (их рН иногда достигает 2,5) губительно действуют на биоту, технические сооружения, произведения искусства. Кислотные осадки вызывают деградацию лесов. При понижении рН резко усиливается эрозия почвы и увеличивается подвижность токсических металлов.

Парниковый эффектобусловлен нагревом внутренних слоев атмосферы за счет поглощения "парниковыми газами" (прежде всего С02) основной инфракрасной части излучения поверхности Земли, нагреваемой Солнцем. Этот эффект может привести к существенному изменению климата, которое чревато непредсказуемыми последствиями, например к повышению уровня Мирового океана и затоплению низменных участков суши из-за таяния арктических и антарктических льдов. За последние 100 лет концентрация С02 в атмосфере выросла на 20%. Основными источниками увеличения углекислого газа являются топки тепловых электростанций, автомобильные двигатели, лесные пожары и др.

Загрязнение суперэкотоксикатамиповерхности Земли, к которым относятся хлоросодержащие соединения, некоторые тяжелые металлы (в первую очередь свинец, ртуть и кадмий); долгоживущие радионуклиды попадают в окружающую среду в результате аварий на химических производствах, неполного сгорания топлива в автомобильных двигателях, неэффективнойочистки сточных вод, катастроф на ядерных реакторах и даже сгорания полимерных изделий в кострах на садовых участках.

Итак, глобальный экологический кризис, обусловленный антропогенным вмешательством в природные процессы, представляет опасность для жизни на Земле. Возникает вопрос: может ли он быть преодолен? Однако сложность проблемы заключается в том, что развитие цивилизации неминуемо влечет за собой загрязнение среды обитания и приводит к появлению сложных экологических проблем.

  1. Водно-солевой обмен морских и пресных гидробионтов.

Покровы гидробионтов полупроницаемы, что создает сложную проблему сохранения водно-солевого гомеостаза, необходимого для стабилизации всего метаболизма. Находясь в воде, гидробионты должны противостоять физико-химическим силам выравнивания осмотических и солевых градиентов, а временно оказываясь в воздушной среде, — избегать потери влаги.

Выбор гидробионтами осмотически благоприятной среды прежде всего определяется их приуроченностью к местообитаниям с характерной соленостью. Пресноводные формы избегают солоноватых и морских вод, солоноватоводные не селятся в пресных и морских водоемах, морские — в солоноватых и пресных. По этой причине, например, радиолярии, головоногие, сифонофоры и морские ежи не проникают из Средиземного моря (35%) в Черное (17%), а многие обитатели Черного моря не встречаются в менее соленом Азовском море. В связи с наблюдающимся осолонением северо-западной части Черного моря в последнее время здесь появились многие водоросли, характерные для океанического планктона. Осолонение Аральского моря привело к исчезновению в нем ветвистоусых рачков с гипоосмотической осморегуляцией, повышение солености Азовского моря сопровождается проникновением в него ряда морских форм из Черного моря. В условиях меняющейся солености многие организмы передвигаются так, чтобы все время оставаться в осмотически постоянной среде. Радиолярии Acantharia, обитающие в поверхностном слое морей, после выпадения дождей погружаются на глубину до 100 м и более, подобная реакция наблюдается у рачков Calanus, Oithona и ряда других животных. Многие литоральные формы переходят в сублитораль, когда прибрежные воды интенсивно опресняются. Ряд представителей инфауны (некоторые полихеты, моллюски и др.), избегая опресненной воды, закапываются глубже в грунт, который длительно может сохранять соленость, существовавшую ранее. Способность к активному выбору солевой среды описана для речных раков, крабов Pachygrapsus crassipes, дафний, морских звезд и ряда других гидробионтов.

Например, пелагические крабы имеют менее плотные покровы по сравнению с прибрежными, которые должны адаптироваться к большим колебаниям солености. Покровы гидробионтов, способных жить в солоноватых водах, менее проницаемы для воды и ионов, чем у строго морских форм; когда первые переходят в менее соленую воду, проницаемость их мембран снижается. Уменьшение проницаемости мембран хорошо прослеживается и в ряду от осмоконформаторов к ограниченным и строгим осморегуляторам. Существенное средство обеспечения осмоизоляции— слизь. Например, яйца многих червей, не способные к осморегуляции, выживают в гипо- и гипертонической среде только потому, что заключены в слизистую кладку. Осмотической защите помогает образование слизи на поверхности тела рыб и многих других организмов. У двустворчатых моллюсков осмоизоляция в неблагоприятной солевой среде обеспечивается смыканием раковины. Так, мидии, устрицы и другие морские моллюски, попадая в опресненную воду, могут долго выживать в ней с закрытыми створками, и их гемолимфа несколько дней остается неразбавленной. Высокая степень осмоизоляции характерна для зародышей гидробионтов, выживающих в анизотонических средах (морской или пресной воде) благодаря образованию плотных наружных оболочек.

  1. Ионная и осмотическая регуляции.

Это основа жизнедеятельности организмов-концентраторов, способных избирательно извлекать из среды и накапливать в организме отдельные соли. В отличие от осморегуляции ионная регуляция свойственна большинству живых организмов.

Осмотическое давление – избыточное гидростатическое давление, возникающее в результате осмоса и приводящее к выравниванию скоростей взаимного проникновения молекул растворителя сквозь мембрану с избирательной проницаемостью.

Осмос - процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембранумолекул растворителя в сторону бо́льшей концентрации растворённого вещества (меньшей концентрации растворителя).

Ионы – соли (в контексте).

От количества воды и растворенных в ней солей в значительной мере зависят внутриклеточный и межклеточный обмен, а у гидробионтов – и осмотические взаимоотношения с внешней средой.

Водный обмен организма со средой складывается из двух противоположных процессов: поступление воды в организм и отдача ее во внешнюю среду. Он теснейшим образом связан с обменом солей. Определенный набор солей представляет собой необходимое условие нормальных функций организма, т.к. соли входят в состав тканей, играя важную роль в обменных механизмах клеток. Изменение количества как воды, так и солей влечет за собой соответствующие сдвиги осмотических процессов и ионного равновесия. Водный и солевой аспекты обмена веществ связаны общими приспособлениями, поэтому обычно говорят об адаптациях водно-солевого обмена к условиям среды.

По степени солености естественные водоемы условно подразделяются на:

пресные – соленость менее 0,5 %о;

солоноватые – соленость в пределах 0,5 - 16 %о;

соленые – соленость больше 16 %о.

Соленость океанических водоемов составляет 32 - 38 %о, но самое высокое содержание солей характеризует не морские, а внутренние водоемы типа соленых озер, где концентрация солей доходит до 370 %о.

По характеру водно-солевого обмена гидробионты довольно четко делятся на пресноводных и морских, хотя некоторые эвригалинные (от греч. eurys – широкий, halinos – соленый) формы могут обитать и в тех, и в других условиях.

Для всех первично водных организмов характерно наличие проницаемых для воды покровов, поэтому различие осмотической концентрации водной среды и жидкостей организма создает осмотический ток воды в сторону большего осмотического давления.

У большинства обитателей морских водоемов концентрация солей в организме близка к таковой окружающей среды, а благодаря проницаемости покровов любые изменения солености немедленно уравновешиваются осмотическим током воды. Такие организмы принято называть пойкилоосмотическими. Таковы практически все цианобактерии и низшие растения, а также большинство морских беспозвоночных животных; последних часто называют осмоконформерами. Животные, способные к активной регуляции осмотического давления жидкостей тела, поддерживают относительное постоянство этого параметра внутренней среды независимо от окружающей воды; таких животных называют осморегуляторами (гомойоосмотическими организмами).

  1. Морфофункциональные адаптации гидробионтов к изменению содержания кислорода в воде.

Наряду с анатомическими приспособлениями существуют физиологические адаптации к колебаниям концентраций кислорода. Они проявляются в изменении частоты дыхательных движений и увеличении объёма пропускаемой через органы дыхания воды в единицу времени.

Экология и физиология дыхания тесно взаимосвязаны. Обитатели хорошо аэрированных водоёмов обычно высокоподвижны (и наоборот).

В реактивных ответах на гипоксию большую роль играет динамика содержания гемоглобина в крови (дафнии и др.). У рыб изменяется число эритроцитов.

Воздушное дыхание рыб

У многих видов рыб эволюционно сформировались морфофизиологические приспособления к использованию атмосферного воздуха, как дополнительного либо единственного (в экстремальных условиях) источника кислорода. Так, илистый прыгун Periophthalmus, обитающий в болотистых эстуариях тропической зоны, подолгу находится вне воды, передвигаясь по суше с помощью грудных плавников. Органом воздушного дыхания у этой рыбы служит кожа. У некоторых видов рыб на базе выростов кишечника сформировались настоящие лёгкие.

Эффективность газообмена у гидробионтов прежде всего достигается увеличением площади дыхательной поверхности, а также истончением и разрыхлением покровов, через которые диффундируют газы. Следующий круг адаптаций, обеспечивающих дыхание, связан с усилением аэрации дыхательных структур, что в основном достигается различными поведенческими актами. К третьему типу относятся адаптации к эффективному транспорту кислорода и углекислоты внутри организма. Конкретное сочетание перечисленных адаптаций определяет степень эвриоксидности гидробион- тов-аэробов, возможность освоения ими участков гидросферы, неблагоприятных в респираторном отношении.

Увеличение площади и газопроницаемости дыхательных поверхностей.

Газообмен гидробионтов осуществляется либо всей поверхностью тела, либо через его отдельные участки, превращенные в специальные органы дыхания — жабры, трахеи, легкие и другие образования. Гидробионты, лишенные специальных органов дыхания, обычно имеют тело с большой удельной поверхностью. Один из самых простых способов ее увеличения заключается в уменьшении размера организмов. Небольшой размер характерен для простейших, коловраток, копепод, клещей и других организмов, не имеющих специальных органов дыхания. У мелких личинок комаров Chironomus относительная величина жабр меньше, чем у крупных личинок, удельная поверхность тела которых ниже, и на дыхательные органы ложится большая нагрузка. Икринки у рыб в озерах с пониженным содержанием кислорода часто мельче, чем у рыб в озерах с более благоприятными условиями дыхания.

  1. Изменение потребления кислорода как реакция на изменение факторов среды и состояния гидробионтов.

Способность к нему в ряду гидробионтив-аэробов является адаптацией к перенесению неблагоприятных кислородных условий, периодически возникают в естественных местообитаниях.

В тех случаях, когда адаптации гидробионтов к существованию в условиях дефицита кислорода оказываются недостаточными, наступает гибель организмов. Если, вследствие резкого ухудшения кислородных условий в водоемах, приобретает массовый характер, то говорят о замор.

Способность гидробионтов выживать в воде с низкими концентрациями кислорода зависит от видовой принадлежности организмов, их состояния и условий внешней среды. Минимальная, или предельная концентрация кислорода, переносимая гидробионтами, как правило, ниже для организмов, обитающих в естественных местообитаниях в слабо аэрируемых воде. Поэтому пелагические формы обычно менее толерантны к низким концентрациям кислорода, чем бентосные, а среди последних жители ила выносливее формы, населяющих песок, глину или камни. По тем же причинам речные формы требовательны к кислороду, чем озерные, а холодноводные оксифильнише обитателей водоемов, прогреваемых сильнее. Величина предельной концентрации довольно сильно меняется с возрастом животных, обычно снижается у взрослых особей. Чувствительность к недостатку кислорода может обостряться на отдельных стадиях развития. Как правило, устойчивость к дефициту кислорода у животных разных систематических групп тем выше, чем они менее подвижны. Из внешних факторов на предельную концентрацию кислорода в наибольшей степени влияет температура. С ее повышением обмен организмов растет, их потребность в кислороде увеличивается и для ее удовлетворения нужны более благоприятные респираторные условия. Гидробионты имеют ряд биохимических адаптаций к обеспечению снабжения организма кислородом в условиях его дефицита. К ним относятся усиление вентиляции и кровообращения, повышение концентрации дыхательных пигментов, синтез их новых, более эффективных вариантов, изменение внутренней среды, что повышает способность пигментов связывать и освобождать кислород. Последняя адаптация (эффекты Бора и Рута) иногда проявляется в обратной форме - снижении чувствительности гемоглобина к повышению концентрации Н +, В некоторых активных рыб создаются очень высокие концентрации лактата, и рН может так падать, что затрудняет связывание кислорода гемоглобином в жабрах. У этих рыб найдены варианты гемоглобина, не чувствительны к Н +, т.е. не проявляют эффект Бора. Их обычно немного и они играют роль «аварийного резерва». При временной аноксии много гидробионтов могут осуществлять аэробный обмен за счет мобилизации запасов кислорода из каротиноидов, гем-содержащих пигментов и других депо. Обычно этих запасов хватает не более, чем на несколько десятков минут. Дальнейшее извлечения энергии может обеспечиваться во многих гидробионтов за счет анаэробного гликолиза и, вероятно, другими способами. Продолжительность нахождения и выживания гидробионтов при аноксии сильно варьирует, в зависимости от их видовой принадлежности, физиологического состояния и внешних условий.

  1. Изменение термозистентности у гидробионтов в онтогенезе.



  1. Температурная обусловленность динамики ихтиофауны в истории Земли.

Ихтиофа́уна — совокупность видов рыб и круглоротых водоема, бассейна, зоогеографической области или их части, а также отрезка времени в истории Земли. Ихтиофауна большинства водоемов по происхождению разнородна; ее слагают виды, различные по географическому происхождению и группирующиеся в отдельные фаунистические комплексы. Богатство ихтиофауны определяется исходными фаунистическими комплексами, из которых формировалась ихтиофауна, историей бассейна, условиями жизни рыб. Особенно богата по количеству видов ихтиофауна тропического пояса.

Следует еще раз напомнить, что рыбы используют так называемую экологическую терморегуляцию: они перемещаются в сторону наиболее благоприятных для них в данный период температур. Когда температура воды в местах обитания рыб опускается или поднимается, выходя за пределы переносимого интервала, рыбы покидают эти места (это так называемая сезонная миграция) либо впадают в зимнюю или летнюю спячку, если они лишены возможности мигрировать. Рыбы обладают очень высокой чувствительностью к смене температуры и ощущают ее изменение даже в пределах, измеряемых тысячными долями градуса.

Предел температур, способствующих интенсивному питанию большинства видов рыб колеблется примерно от +10 до +25 °С.

Температура напрямую влияет и на кислородный режим воды: с ее повышением содержание кислорода в воде уменьшается.

самой богатой является Ихтиофауна экваториальных вод западной части Тихого океана. Беднее всего Ихтиофауна высокоарктических вод.

  1. Метаболизм и интенсивность жизнедеятельности гидробионтов при разных термических режимах.

В экспериментальных интегрированных рециркуляционных аквакультуральных системах исследовали продукционные и метаболические показатели золотой рыбки Carassius auratus, моллюска Physafontinalis, сине-зеленых водорослей Oscillatoria spp. и Lyngbya spp. при постоянных и переменных терморежимах. Показано, что в условиях периодических синусоидальных колебаний температуры наблюдается повышение темпа роста и размножения гидробионтов, снижается интенсивность дыхания и расход кислорода на прирост единицы массы тела, повышаются эффективность использования пищи на рост и скорость продуцирования. Применение в индустриальной аквакультуре интегрированных рециркуляционных систем для выращивания гидробионтов разных трофических уровней в условиях переменных температурных режимов позволит в большей степени использовать питательные вещества корма на продукционные процессы, уменьшить потребление воды и сброс биогенных элементов в окружающую среду, получать больше продукции.

  1. Биохимические основы резистентности к замерзанию у полярных рыб, механизм действия антифризов.

Основные механизмы этих адаптаций биохимические. Ферменты холодолюбивых организмов обладают такими особенностями строения, которые позволяют им эффективно понижать энергию активации молекул и поддерживать клеточный метаболизм при температурах, близких к 0 °C. Большую роль играют также механизмы, предотвращающие образование льда внутри клеток. При этом реализуются два основных пути – противостояние замерзанию (резистентность) и устойчивость к замерзанию (толерантность).

Биохимический путь противостояния замерзанию – накопление в клетках макромолекулярных веществ – антифризов, которые понижают точку замерзания жидкостей тела и препятствуют образованию кристаллов льда в организме. Такого типа холодовые адаптации обнаружены, например, у антарктических рыб семейства нототениевых, которые живут при температуре тела -1,86 °C, плавая под поверхностью сплошного льда в воде с такою же температурой (рис. 11). Мелкая тресковая рыба сайка в Северном Ледовитом океане плавает в водах с температурой не выше +5 °C, а нерестится зимой в переохлажденных водах у побережья. Глубоководные рыбы в приполярных районах все время находятся в переохлажденном состоянии.

Предельная температура, при которой еще возможна активность клеток, зафиксирована у микроорганизмов. В холодильных камерах мясные продукты могут быть испорчены за счет деятельности бактерий при температурах до -10-12 °C. Ниже этих температур роста и развития одноклеточных организмов не происходит.

Другой путь холодостойкости – выносливость к замерзанию – связан с временным прекращением активного состояния (гипобиозом или криптобиозом). Образование кристалликов льда внутри клеток необратимо нарушает их ультраструктуру и приводит к гибели. Но многие криофилы способны переносить образование льда во внеклеточных жидкостях. Этот процесс приводит к частичной дегидратации клеток, что повышает их устойчивость. У насекомых накопление защитных органических веществ, таких как глицерин, сорбит, маннит и других, препятствует кристаллизации внутриклеточных растворов и позволяет переживать критические морозные периоды в состоянии оцепенения. Так, жуки-жужелицы в тундрах выдерживают переохлаждение до -35 °C, накапливая к зиме до 25 % глицерина и снижая содержание воды в теле с 65 до 54 %.

Таким образом, выход температурной устойчивости за пределы средней нормы происходит в основном за счет биохимических адаптаций.

  1. Схема функционирования имунной защиты у гидробионтов и ее экологическая обусловленность.

Инфекционные болезни гидробионтов могут наносить значительный экономический ущерб, особенно при эпизоотиях, поэтому повышение иммунитета выращиваемых объектов аквакультуры является актуальным направлением. Анализ литературных источников и собственные исследования позволили автору определить основные пути повышения иммунной устойчивости гидробионтов. Показано, что перспективным направлением повышения иммунитета является иммунизация. Наилучшие результаты получены при индивидуальном инъецировании вакцины, что довольно сложно при работе с рыбой малых размеров и при вакцинации большого количества объектов. Массовую вакцинацию рыб можно проводить также путём их погружения в воду с вакциной. В статье представлены известные к настоящему времени сведения об иммунитете гидробионтов разных видов. Выявлены физиологические особенности устойчивых к краснухе пород карпа. Эти породы отличаются более высоким уровнем метаболизма (по содержанию мочевой кислоты, активности ферментов), меньшей долей нейтрофилов в общем количестве лейкоцитов, но несколько большей активностью их кислороднезависимых механизмов фагоцитоза (по среднему цитохимическому коэффициенту содержания лизосомального катионного белка). Даны рекомендации по сохранению и совершенствованию изучаемых пород.

  1. Подавление токсикантами имунной системы гидробионтов.

Адаптация (от позднелат. Adaptatio - прилаживание, приспособление, от лат. adapto - приспособляю) - это процесс приспособления строения и функций организмов, особей, популяций, видов и их органов к условиям среды.

Вредное вещество - это инородный нехарактерный для природных экосистем ингредиент, оказывающий отрицательное влияние на них и живые организмы, обитающие в этих экосистемах .

Токсиканты - вещества или соединения, способные оказывать ядовитое действие на живые организмы.

Возможность адаптации к химическим воздействиям трудно оспаривать, так как известно появление видов, обладающих повышенной устойчивостью к биоцидам. Обычным примером этого служит выработка лекарственной устойчивости у возбудителей заболеваний.

На уровне сообществ и экосистем адаптивными являются замещения чувствительных видов более резистентными к сложившемуся уровню загрязнения вод, и существенные увеличения биомассы некоторых видов при сокращении видового разнообразия. Итогом таких перестроек может явиться не только угнетение, но и, в некотором диапазоне загрязнения, возрастание продуктивности и уровня обменных процессов.

По отношению к действию тяжелых металлов видовая чувствительность различна: в одних случаях более устойчивы цериодафнии, в других – дафнии.

В организм рыб большинство отравляющих веществ проникает осмотически - через жабры и кожу, особенно поврежденную. Оральный путь поступления имеет большое значение при хронических отравлениях. Поэтому токсичность в большой степени зависит от растворимости вещества в воде и биологических средах. Соединения, растворимые в воде, более ядовиты, чем нерастворимые. Вместе с тем через жабры, кожу и слизистую кишечника легко проникают и вещества, хорошо растворимые в липидах и тканевой жидкости. Они поступают в кровь и разносятся по всему организму. К ним относятся большинство органических загрязнителей - углеводороды, пестициды, детергенты и др.

Процесс интоксикации начинается с патогенного действия ядов в местах проникновения (жабрах, коже, слизистых оболочках), а также рефлекторной реакции со стороны нервной системы. В дальнейшем, после попадания в кровь отравляющие вещества, соединяясь с белками, нарушают физико-химические процессы в плазме и клеточных элементах. Затем они фиксируются в различных органах и тканях в соответствии с их сорбционной емкостью и биохимическим средством к отдельным ядам. Механизм действия большинства ядов тесно связан с включением их в различные звенья биохимических процессов, и прежде всего со способностью вступать в реакции с ферментами.

  1. Свойства популяций как надорганизменных биосистем.

Структуре популяция. Различают половую, возрастную, генетическую, пространственную и экологическую структуру популяций.

Организмы одного вида в природе всегда представлены не по отдельности, а определенным образом организованными совокупностями - популяциями*.

Половая структура популяции - это соотношение в ней особей разного пола.

Возрастная структура популяции - это соотношение в составе популяции особей разного возраста.

Генетическая структура популяции определяется изменчивостью и разнообразием генотипов, частотами вариаций отдельных генов - аллелей, а также разделением популяции на группы генетически близких особей, между которыми при скрещивании происходит постоянный обмен аллелями.

Пространственная структура популяции - это характер размещения и распределения отдельных членов популяции и их группировок на популяционной территории (ареале).

Экологическая структура популяции - это разделенность всякой популяции на группы особей, по-разному взаимодействующие с факторами среды.

Свойства(змер и динамика численности популяции, тенциальная способность к размножению)

При чрезмерной плотности популяции, перенаселенности ее территории, например, у мелких грызунов, наблюдаются признаки популяционного стресса и снижения жизнеспособности. Это выражается в более контрастном выделении доминантных и субдоминантных особей, проявлениях афессии, поведенческой дискриминации части особей, снижении плодовитости, ослаблении иммунитета и резком повышении вероятности эпизоотии. У некоторых видов популяционный стресс сопровождается массовой миграцией и расселением членов популяции.

  1. Формы территориального поведения гидробионтов:

Территориальное поведение впервые появляется у кольчатых червей и низших моллюсков, у которых все процессы жизнедеятельности приурочены к участку, где располагается убежище. Однако такое поведение еще не может считаться полноценным территориальным, потому что животное никак не маркирует территорию. Для того чтобы можно было говорить о полноценном территориальном поведении, необходимо развитие у животного перцептивной психики. Территория может маркироваться нанесением пахучих меток на предметы по периферии участка, звуковыми и оптическими сигналами, а в качестве оптических сигналов может выступать вытоптанные участки травы, обгрызенная кора деревьев. Реакция по защите своей территории особенно активно проявляется у животных по отношению к особям своего вида и того же пола.

Постепенности освоения неконтролируемых природных акваторий и включению отдельных стайных группировок в биопродукционные процессы водоема в целом способствует их навык возвращаться обратно, приобретаемый молодью гидробионтов в процессе тренинга по привлечению звуковым сигналом к акустическому плавучему рифу с кормовой площадкой.

Адаптацию молоди к новой среде при вселении на подготовленное местообитание осуществляют в два этапа. На первом этапе вселяют стартовую группировку рыб, проявляющую толерантность к незнакомому местообитанию и склонную к оседлому образу жизни. Формирование группировки осуществляют на основе этологической классификации рыб в процессе их тестирования на стресс при изменении окружающей среды. Применяя метод стрессовой нагрузки на рыб, в выращенном заводском материале для стартовой группировки отбирают молодь, которая пассивно реагирует на отлов и последующую смену среды обитания. Перед выпуском на подготовленное местообитание стартовую группировку помещают в пруд или вольер на акватории выпуска, где у нее в течение 2-3 недель вырабатывают навык привлечения к кормовой площадке звуковым сигналом.

  1. Защитная роль стайного поведения гидробионтов.





  1. Потоки энергии в водных экосистемах.



  1. Фауна черных курильщиков в рифтовых зонах окена.



  1. Отношения хищник-жертва,паразит-хозяин, в пресноводных и морских экосистемах.

Таким образом, истребление жертв и поражаемость хозяев Зависят от численности врагов, но и обилие последних также определяется численностью объектов их питания.

Отношения типа хищник жертва, паразит хозяин – это прямые пищевые связи, которые для одного из партнеров имеют отрицательные, а для другого – положительные последствия. По существу, к этому типу экологических взаимодействий можно отнести все варианты пищевых связей.

Паразитизм такая форма связей между видами, при которой организм потребитель использует живого хозяина не только как источник пищи, но и как место постоянного или временного обитания.



  1. Пути оптимизации межвидовых отношений в водных экосистемах с применением новых биотехнологических подходов.

Форма взаимосвязей между видами, при которой организмы одного вида живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида в течение определенного времени, называется отношениями хозяин - паразит. Для паразита организм хозяина - территория его обитания, которая защищена не только от факторов абиотического характера, но и укрывает его от различного рода врагов. Различают постоянных и временных паразитов. Для фиксации в организме жертвы используются зацепки, крючья, присоски. Обоюдные адаптации приводят к сокращению фатальных случаев среди жертв. Жизненно важно для паразита надежное попадание в организм хозяина. Явление паразитизма на планете наиболее богато представлено среди микроорганизмов и примитивных многоклеточных.

В отличие от продуцентов, образующих первичную продукцию экосистем, организмы, использующие эту продукцию, получили название гетеротрофов (от греч. geteros - «разный»). Они используют для формирования своих органов готовое органическое вещество других организмов и продукты их жизнедеятельности.

Гетеротрофностью обладают консументы (от лат. копsymo - «потреблять») - потребители живого органического вещества, к которым относятся фитофаги и зоофаги.

Фитофаги - травоядные (от греч. fitos - «растение», fagos - «пожиратель») или растительноядные.

Зоофаги - хищники, поедающие фитофагов и более мелких хищников.

Симбиотрофы (от греч. simbios - «сожительство») - микроорганизмы и грибы, живущие на корнях растений и вокруг них и получающие часть продуктов фотосинтеза в виде выделяемых корнями органических веществ.

Паразиты - консументы, начиная от вирусов и бактерий (микропаразитов) и заканчивая крупными растениями-паразитами или насекомыми. Паразиты - организмы, обитающие внутри или на поверхности животных или растений, которые питаются за счет организма хозяина, но не съедают его до гибели, а пользуются длительное время.



  1. Единство среды и организмов в работах ученых.

Функции целостного организма осуществляются только при тесном взаимодействии со средой. Организм реагирует на среду и использует ее факторы для своего существования и развития. Основоположник отечественной физиологии И. М. Сеченов в научное определение организма включал и среду, влияющую на него. Физиология целостного организма изучает не только внутренние механизмы регуляции физиологических процессов, но и механизмы, обеспечивающие взаимодействие и единство организма с окружающей средой.

Гомеостаз и регуляция функций в организме. Все процессы жизнедеятельности организма могут осуществляться только при условии сохранения относительного постоянства внутренней среды организма. К внутренней среде организма относят кровь, лимфу и тканевую жидкость, с которой клетки непосредственно соприкасаются. Способность сохранять постоянство химического состава и физико-химических свойств внутренней среды называют гомеостазом. Это постоянство поддерживается непрерывной работой систем органов кровообращения, дыхания, пищеварения, выделения и др., выделением в кровь биологически активных химических веществ, обеспечивающих взаимодействие клеток и органов. В организме непрерывно происходят процессы саморегуляции физиологических функций, создающие необходимые для существования организма условия.

  1. Морфологические изменения в онтогенезе рыб как реакция на различный температурный режим.

С повышением температуры в пределах свойственных данному виду у рыб активизируются многие жизненные процессы (повышается темп роста и т.д.). Температура влияет на время и продолжительность созревания половых продуктов, сроки нереста, длительность инкубационного периода икры и т. д.

У рыб нерест обычно наступает при определенной температуре. Так, судак начинает размножаться при температуре 17-18°С, налим - при 0,2-4°С и т.д. Большое влияние оказывает температура воды и на выживание икры, при аномально низких температурах наблюдается повышенная гибель икры.

  1. Интенсивность жизнедеятельности при разныхтемпературных режимах.

Температура воды – фактор интенсивности жизнедеятельности рыб

Рыбы входят в группу живых существ, для которых характерна переменная температура тела.

Понижение температуры воды ниже критической отметки приводит к замедлению протекающих в организме рыб жизненных процессов, в то время как ее повышение (до определенных пределов) способствует активизации последних.

Превышающие норму отклонения температуры в некоторых случаях приводят к гибели рыб.

Наибольшую опасность представляют внезапные перепады. Перегрев воды, к примеру, чреват уменьшением содержания растворенного кислорода.

Снижение данного показателя ведет к ухудшению жизненных условий обитателей глубин.

В зимнее время, когда наблюдается существенное снижение температуры воды, рыбы предпочитают перекочевывать в места зимовок.

Отдельные виды и вовсе отказываются от пищи, иногда вплоть до наступления теплых весенних деньков. Карась предпочитает зарываться в ил. В этот нелегкий период поверхность его тела покрывается слизью.

По влиянию температуры среды обитания на интенсивность жизненных функций рыб разделяют на две группы:

К тепловодным относят представителей сомовых и карповых (плотву, леща, карася, сома, линя, сазана и т.п.), нерестящихся в весенние и летние месяцы.

В группу холодноводных входит преобладающая часть тресковых и лососевых.

Приход зимы знаменуется для теплолюбивых рыб замедлением жизненных процессов, вследствие чего они перекочевывают в более глубокие места и сводят к минимуму двигательную деятельность. Некоторые даже перестают питаться.

У холодолюбивых видов (форели, налима) пик активности приходится на зимний период. Плотва, щука, ерш, окунь питаться не прекращают. Иногда аналогичное поведение наблюдается также у леща и судака.

Различным разновидностям рыб присущи разные температурные интервалы, в которых кормление происходит наиболее интенсивно. Оптимальные показатели для сазана составляют 23-28°С. Для щуки этот предел будет ограничен 15-16°С, в то время как форель нуждается лишь в 10-12°С.

Сазан не начинает питаться до тех пор, пока вода не прогреется до 10°С. Налим отказывается от приема пищи в те дни, когда температура воды превышает 12°С. Для форели значение температурного показателя не должно превышать 18°С и не опускаться ниже 3°С.

Температура воды выступает в роли значимого фактора, оказывающего значительное влияние на размножение рыб. Тем самым регулируются сроки нереста.

Приведенные ниже температурные показатели не могут быть отнесены к категории неизменных величин. Иногда приходится сталкиваться и с отклонениями, вызванными присущей рыбам способностью приспосабливаться к условиям обитания.

Интенсивность питания некоторых разновидностей рыб при различных температурных показателях водной среды

  1. Биологический муль и сумма эффективных температур развития.

При биологической очистке концентрация вредных веществ в сточной воде может быть близка к нулю. Предприятия, применяющие такую глубокую очистку, улучшают характеристику воды в водоемах. Поэтому такие предприятия должны быть выделены и материально поощрены.

Как положение биологического нуля развития, так и сумма эффективных температур, необходимая для его завершения,— величины, различающиеся у разных видов и в значительной степени отражающие адаптацию вида к средним, типичным температурным режимам в естественных местах обитания.

Икра щуки в опытах выживает при постоянных температурах в диапазоне 2—25°С, но наибольший процент выживших эмбрионов приходится на 10°С, что точно соответствует наиболее типичной температуре нерестовых водоемов (9—12°С при колебаниях от 2 до 23°С). При экспериментальном изучении температурной устойчивости четырех видов жаб было показано, что оптимальные температуры развития соответствуют средним показателям этого фактора в естественных водоемах. Летальные температуры ниже у более северных видов и выше у более южных. Подобных примеров в современной литературе накоплено много.

  1. Биохимические основы резистентности к замерзанию у полярных рыб- уже было.

  2. Регуляция синтеза и расщепленных антифризов.

Антифриз у рыб – гликопротеины.

Гликоген - разветвлённый гомополимер глюкозы, в котором остатки глюкозы соединены в линейных участках α-1,4-гликозидной связью.

В клетках животных гликоген - основной резервный полисахарид. При полимеризации глюкозы снижается растворимость образующейся молекулы гликогена и, следовательно, её влияние на осмотическое давление в клетке. Это обстоятельство объясняет, почему в клетке депонируется гликоген, а не свободная глюкоза.

Гликоген хранится в цитозоле клетки в форме гранул диаметром 10-40 нм. С гранулами связаны и некоторые ферменты, участвующие в метаболизме гликогена, что облегчает их взаимодействие с субстратом. Разветвлённая структура гликогена обусловливает большое количество концевых мономеров, что способствует работе ферментов, отщепляющих или присоединяющих мономеры при распаде или синтезе гликогена, так как эти ферменты могут одновременно работать на нескольких ветвях молекулы. Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах.

После приёма пищи, богатой углеводами, запас гликогена в печени может составлять примерно 5% от её массы. В мышцах запасается около 1% гликогена, однако масса мышечной ткани значительно больше и поэтому общее количество гликогена в мышцах в 2 раза больше, чем в печени. Гликоген может синтезироваться во многих клетках, например в нейронах, макрофагах, клетках жировой ткани, но содержание его в этих тканях незначительно.

При низкой температуре в клетках увеличивается концентрация ферментов, отвечающих за синтез антифризов.

  1. схема функционирования имунной защиты у рыб.=было.

В этом случае иммунный ответ развивается менее болезненно тля организма животного. Однако эффективность искусственного иммунитета ненамного уступает естественному иммунитету.

Возможно введение готовых антител в кровь (пассивный иммунитет), однако при этом, как правило, продолжительность иммунной защиты невелика. Искусственная иммунизация против инфекционных заболеваний применяется и в рыбоводстве. Основным методом иммунизации является включение в корм рыбы ослабленных форм антигенов.

Под иммунитетом понимают способность организма к самозащите от чужеродных корпускулярных биологических тел, а также веществ, несущих чужеродную генетическую информацию.

Иммунная система рыб представлена нефросом, селезенкой, лимфоидным органом, печенью, а также множественными включениями лимфоидной ткани в желудочно-кишечном тракте, сердце, жабрах. Непосредственными исполнителями функции защиты являются органы с барьерными функциями - кожа, жабры, желудочно-кишечный тракт, а также лейкоциты (все виды). Различают специфический и неспецифический иммунитет.

  1. Эволюция иммунной системы у рыб.

Усатая акула-нянька, как недавно установлено, обладает ранее неизвестной молекулой им-муноглобулинового суперсемейства, которая, возможно, эволюционно предшествовала появлению иммуноглобулинов и ТкР. Эта молекула состоит из одного вариабельного и пяти константных доменов и присутствует в сыворотке в виде димера. Кодирует НАР генный локус, который подвергается перестройке и соматическому мутированию. В настоящее время у хрящевых рыб выявлен новый класс химерных антител; это позволяет усомниться в том, что первичным изотипом lg является IgM.

У низших позвоночных обнаружены четыре типа организации генов иммуноглобулинов

Активные исследования локуса иммуноглобули-новых генов у пойкилотермных позвоночных с помощью технологии рекомбинантной ДНК позволили в последние годы обнаружить четыре типа его организации.

Амфибии и костистые рыбы У этих животных ло-кус IgH организован по тому же типу, что и у млекопитающих. У Xenopus, например, имеется 80—100 сегментов Vh, 15 — Dhи 9 — Jh. Обнаружены как структурные области, так и области, определяющие комплемен-тарность. Константные области каждой цепи у Xenopusкодируются четырьмя экзонами Сн. Легкие цепи кодируются двумя разными хромосомами, каждая с сегментами Vl, Jl и Cl. У костистых рыб гены легких цепей иммуноглобулинов обнаруживают «мультикластерную» организацию, типичным примером которой служит их организация у акул.

В процессе созревания В-клеток у Xenopus, как и у млекопитающих, происходят множественные перестройки иммуноглобулиновых генов: существует и аллельное исключение, приводящее к появлению моноспецифичных В-лим-фоцитов.

  1. Подавление токсикантами имунной системе рыб-было.

Деятельность человека, изменяющая гидрохимический режим водоема, сильно отражается и на уровне рН. В водохранилищах, образованных при зарегулировании стока рек, концентрация водородных ионов колеблется в широких пределах. Сточные воды предприятий химической, металлургической, целлюлозной и другой промышленности содержат как кислоты, снижающие рН воды, так и щелочи, соду и другие компоненты, повышающие рН. Значение рН среды оказывает сильнейшее влияние на устойчивость рыб к различным токсическим веществам, входящим в состав промышленных стоков.

Сероводород, образующийся в водоемах при отсутствии кислорода, оказывает на рыб губительное действие. Минимальная его летальная концентрация для рыб 1,0мг/л, однако разные рыбы реагируют неодинаково. Ручьевая форель при концентрации H2S 0,86 мг/л погибает через 24 ч, карп в то же время может жить при концентрации 6,3 мг/л.

  1.   1   2

    перейти в каталог файлов
связь с админом