9992 (Пищевые цепи моря)

В 1953 г. в одном японском селении люди начали болеть какой-то непонятной болезнью. Она поражала нервную систему: у больных нарушалась координация движений, они теряли слух, зрение, рассудок.

Врачи поставили диагноз: отравление ртутью. Но откуда взялась эта ртуть? Правда, поселок находился рядом с морским заливом, куда химический завод сбрасывал свои отходы, в том числе и ртуть. Но содержание ртути в морской воде было ничтожным.

Чтобы объяснить причины этого происшествия, начать придется несколько издалека. Мы знаем, что в природе почти нет живых существ, которые сами не поедали бы других или не служили кому-либо пищей.

Растения служат пищей для множества насекомых. Насекомые – основная добыча лягушек. Лягушки – излюбленная пища для некоторых змей, например ужей. Змеями питается орел-змееяд. У хищника нет заметных крупных врагов, но ему не дают покоя клещи и прочие паразиты.

Перечисленные животные составляют «звенья» (уровни) одной пищевой цепи. Первый уровень в любой цепи, как правило, - зеленые растения.

В этой цепи не может быть бесконечного числа уровней. Дело в том, что на каждом следующем уровне биомасса уменьшается в десятки раз. Из 1000 кг растений лось сможет «построить» 100 кг своего тела. А тигру, чтобы увеличить массу тела на 10 кг, требуется 100 кг лосиного мяса. Поэтому в пищевых цепях обычно 3-4 уровня. Закономерность эта называется экологической пирамидой. Каждая следующая «ступенька» пирамиды гораздо меньше предыдущей.

Особенно длинны часто бывают паразитические цепи питания. В теле гусениц паразитируют личинки мух, в личинках мух – черви-нематоды, в червях – бактерии, а в бактериях – вирусы.

Вершиной многих цепей питания является человек. Чем выше плотность населения какой-либо страны, тем короче здесь основная пищевая цепочка, т.е.

- 3 -

людям приходится питаться преимущественно растительной пищей. Пища жителей Китая или Индии – преимущественно вегетарианская. В пищевом рационе населения стран Европы и Америки доля мяса и рыбы значительно больше.

Вернемся теперь к случаю в японской деревне. Что же произошло? Оказывается, ртуть, как и многие другие ядовитые продукты, может накапливаться в цепях питания от уровня к уровню. Содержание ртути неуклонно нарастает в пищевой цепи от бактерий и водорослей до рыб. Выше всего содержание ртути, как нетрудно догадаться, в организмах рыб-хищников: акул, щук, тунцов. Ртуть, выброшенная в водоем, в конце концов, «собранная по крупинке», вместе с выловленной рыбой оказывается на столе человека. Так и попала она в пищу жителей японской деревушки.

Вредные вещества, где бы и когда бы они ни были выброшены человеком в природу, пройдя по цепям питания, очень часто никуда не «исчезают», а «возвращаются» и бьют рикошетом по здоровью людей.

В своем реферате я бы хотела подробнее остановиться на пищевых цепях моря.

За мелким шельфовым морем, там, где материковый склон более или менее круто обрывается к глубоководной равнине, начинается собственно океан, зона открытого моря. Вода здесь преимущественно прозрачная и си­няя; это связано с отсутствием взвешенных неорганических веществ и мень­шим количеством микроскопически малых планктонных растений (фито­планктона) и животных (зоопланктона). В некоторых областях океану присуща особенно яркая синяя окраска: пример тому — Саргассово море в западной части Северной Атлантики. В

- 4 -

подобных случаях говорят об океанских «пустынях». Здесь даже на глубине 1000 м можно с помощью чувствительной измерительной аппаратуры обнаружить следы солнечного света, правда, только в сине-зеленой области спектра. Для открытого моря характерно полное отсутствие в составе зоопланктона личинок донных жи­вотных (ракообразных, моллюсков, иглокожих), число которых в зоне кон­тинентального склона резко убывает по мере удаления от берега. Только там, где есть течения, идущие от материков в океан, в планктоне можно иногда обнаружить высокую плотность личинок бентосных животных.

В противоположность зоне мелководий в открытом море не бывает су­щественных колебаний солености и температуры. В среднем соленость во­ды составляет около 35‰, достигая в тропиках при сильном испарении 37‰. Вода в тропиках прогревается до 27° С, тогда как в высоких широтах охлаждается примерно до 4° С. Сезонные колебания температуры как в тро­пиках, так и в полярных областях составляют менее 2°. Лишь в умеренных широтах их амплитуда достигает 10°. Эти колебания температуры можно обнаружить только в поверхностных слоях воды до глубины 100-150м. Приповерхностные слои воды в тропических и субтропических областях на­греваются солнцем особенно сильно. Этот теплый и более легкий слой во­ды достигает толщины 50-100 м; ниже располагается холодная и более плотная вода глубин. Между двумя этими массами воды расположен слой резкого перепада температур, являющийся барьером для многих мелких планктонных организмов из-за резких изменений температуры, а иногда и солености, препятствующих также перемещению кислорода и пита­тельных веществ сверху вниз.

Как на широких океанских просторах, так и на мелководьях един­ственным источником энергии для всех форм жизни является солнечный свет. В результате

- 5-

процесса фотосинтеза растительный планктон с по­мощью хлорофилла создает органические вещества из воды и углекислого газа. Эта так называемая первичная продукция образуется в прозрачной океанской воде до глубины 100, максимум 200 м, то есть только в освещен­ной (эуфотической) зоне. К ней примыкает сумеречная зона, простирающая­ся до глубины 800 м.

Морской растительный планктон состоит преимущественно из разно­образных диатомовых водорослей (класс Diatomeae) и динофлагеллят из жгутиковых (класс Flagellatae). Для их роста нужен не только свет, но и присутствие определенных минеральных солей. Особенно важны фосфаты и нитраты, но необходимы также железо, марганец и некоторые витамины, например витамин В₁₂. Кроме того, диатомовым водорослям для построе­ния их раковин нужны соли кремниевой кислоты (силикаты). Большинство этих веществ распределено в океане весьма неравномерно. Только на глубинах свыше 1000 м имеются богатые резервы фосфатов, которые, однако, оставаясь там, не могут быть использованы н одним живым существом.

Когда весной с увеличением длины дня в высоких широтах начинается быстрое размножение растительного планктона, в освещенной зоне вскоре кончаются все запасы минеральных солей. Только вблизи побережий (например, у Перу или Западной Африки), где глубинные воды поднимаются к поверхности, существует постоянный приток минеральных веществ. Поэтому там почти круглый год обильно развивается фитопланктон. Увеличение первичной продукции отмечается и в некоторых экваториальных участках океанов, где под влиянием расходящихся поверхностных течений поднимаются наверх глубинные воды. Она велика в холодных зонах, для которых характерен сильный вертикальный обмен водных масс, но самая обильная первичная продукция

- 6 -

отмечена все-таки в зоне подъема глубинных вод у западных побережий некоторых материков. Напротив, огромные пространства открытого моря сравнительно малопродуктивны. Тем не менее общая продукция органических веществ, поставляемая Мировым океаном, в 2-3 раза выше, чем продуктивность суши ¹. Правда, если принять во внимание, что океаны занимают 71 % территории нашей планеты, то придется оценить их первичную продукцию как относительно малую. По подсчетам, в Мировом океане 15 млрд. т углерода ежегодно включается в новообразованные органические вещества, что соответствует примерно 500 млрд. т свежего фитопланктона.

Органические вещества, синтезированные водорослями, передаются по пищевым цепям прямо или косвенно всем живым существам моря. Второе звено такой пищевой цепи - животные-фильтраторы. Составляющие расти­тельный планктон организмы микроскопически малы, их размеры всего от 0,002 до 1 мм. Правда, нередко они образуют колонии, величина которых, однако, не превышает 5 мм. Тем, кто питается этой растительной пищей, необходимы особые фильтрующие устройства. Действительно, многие виды веслоногих рачков (к примеру, представители рода Са1апиs) обладают фильтрующим ротовым аппаратом, несущим тонкие перистые выросты; с его по мощью они могут постоянно процеживать воду. Типичными фильтраторами являются также относящиеся к

оболочникам сальпы (класс Thaliacea) и аппендикулярии (класс Appendicularia);

¹Это утверждение в настоящее время считается неверным. Первичная биологическая продуктивность суши оценивается 115 млрд. т в год, а для океана лишь – 55 млрд. т в год, то есть в 2 с лишним раза ниже. С учетом продукции, производимой ультрамелкими организмами планктона (этот раздел знаний начал развиваться совсем недавно) разница, возможно, не так велика, но океан в целом менее продуктивен, чем суша.

Первичная продукция органических веществ в Мировом океане, образующаяся за счет фитопланктона (в мг углерода на 1 м² в день).

они имеют столь тонкий фильтрующий аппарат, что могут улавливать мельчайшие планктонные организмы, проходящие сквозь самые мелкие планктонные сетки с шириной ячеек всего 0,05 мм. Некоторые живу­щие огромными стаями виды рыб, напри­мер южноамериканские анчоусы (Engrauslis ringens), приспособились к питанию растительным планктоном. Они пропу­скают воду через открытый рот и жабры, отцеживая мелкие водоросли. Кроме рас­тительного планктона, фильтрующие обитатели открытого моря используют в пищу взвешенные в воде частички отмер­ших организмов (детрит). Местами детрит вместе с развивающимися на нем бакте­риями играет даже большую роль в пи­тании фильтраторов, чем живой планктон.

Фильтрующий веслоногий рачок каланус (Са1anus).

Л-стрелки показывают токи воды, возникаю­щие при плавании и фильтрации; Б - левая задняя челюсть с фильтрующими щетинками и улов­ленным планктоном

Третье звено пищевой цепи образуют хищные животные, питающиеся фильтраторами. В открытом море, как и в шельфовых морях, встречается множество та­ких форм, как медузы, гребневики, сифонофоры, щетинкочелюстные, веслоногие рачки, эвфаузииды и каринариды. Из рыб к фильтраторам относятся также сельди; их основная пища состоит из веслоногих рачков, образующих в северных морях большие скопления.

Только планктоном питаются и самые крупные из животных, когда-либо насе­лявших нашу Землю, усатые киты (под­отряд Mystacoceti), находящиеся ныне под угрозой исчезновения. В арктических морях они отфильтровывают огромные массы криля (Euphausia superba). Подсчи­тано, что в прежние времена усатые киты ежегодно потребляли 50-80 млн. т этих рачков. После того как человек резко со­кратил поголовье усатых китов, он пы­тается придумать способы добычи остающихся теперь неиспользованными огромных масс криля и употребить его в пищу себе или как корм скоту.

Для сообщества открытого моря ха­рактерно еще одно, четвертое звено пищевой цепи, состоящее в основном из крупных хищных рыб. Некоторые из

них — треска, морской окунь и различные тунцы — имеют большое промыс­ловое значение. К этому конечному звену относятся также головоногие моллюски, морские птицы и зубатые киты.

- 9 -

Передача органических веществ от звена к звену по пищевой цепи со­провождается значительными потерями энергии, так как большая ее часть расходуется на процессы обмена веществ. Всего около 10% ее преобразует­ся в вещество тела животного. Отсюда становится очевидным, почему именно анчоусы, питающиеся планктонными водорослями и входящие в состав чрезвычайно короткой пищевой цепи, могут развиваться в таких несметных количествах, как это бывает в холодном Перуанском течении. В недавнем прошлом здесь был развит рыболовный промысел, один из крупнейших в мире, с ежегодным уловом от 8 до 9 млн. т анчоусов. В при­роде анчоусами кормятся гигантские популяции колониальных морских птиц (олуш, пеликанов, бакланов), являющихся конкурентами человека и потребляющих в год 2,5-3 млн. т анчоусов.

Активные вертикальные миграции зоопланктона и некоторых видов рыб обусловливают перенос пищи из светлой зоны в сумеречную и в глубины. Мигрирующие вверх-вниз животные в различное время суток находятся на разных глубинах. Некоторые веслоногие рачки, несмотря на малые раз­меры (4-6 мм), ежедневно спускаются и поднимаются на 100-200 м. Более крупные рачки, такие, как эвфаузиида Meganyctiphanes norvegica движутся при спуске в среднем со скоростью от 90 до 130-200 м в час. Отловы с по­мощью планктонной замыкающейся сети показали, что эти рачки днем держатся на глубине 400-600 м и

только ночью поднимаются в верхнюю 100-метровую зону, где они находят себе пищу.

Большое значение для исследования вертикальных миграций беспозво­ночных и рыб имело изобретение эхолота-самописца. Этот прибор, по­стоянно регистрирующий с помощью ультразвука (частотой от 15 до 30 ки­логерц) глубину под кораблем и ставший незаменимым вспомогательным навигационным средством, днем, кроме профиля дна, отмечает обычно странную серую тень где-то

- 10 -