Экологические адаптации антарктических гидробионтов к условиям отрицательных температур воды

УДК 574.522 (1–923)

Ю. Г. Гигиняк
Институт зоологии НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь

ECOLOGICAL ADAPTATIONS OF ANTARCTIC HYDROBIOS TO THE TEMPERATURE BELOW 0°C

Yu. G. Giginiak
Institute of Zoology ASB, Minsk, Belarus

Многовековая эволюционная история фауны Антарктики обусловлена ранним отделением Гондваны и последующей изоляцией Антарктиды. Предельные для водных организмов отрицательные температуры воды, воздействие льда и низкая освещенность подо льдом, вызванные начавшимися в плиоцене оледенением Антарктиды, представляют собой постоянные, миллионы лет действующие факторы среды, на фоне которых происходила эволюция и адаптация местной флоры и фауны.

В отличие от других морей, расположенных на более низких широтах, лед, покрывающий моря Антарктики большую часть года, оказывает специфическое влияние и на гидробионтов, которые реагируют на это с помощью ряда адаптаций, позволяющих местной флоре и фауне приспособиться к этим условиям и добиться успешного освоения этих морей.

Нами исследованы следующие биологические сообщества антарктического шельфа: биоценоз льда, донные сообщества, сообщество внутриводного льда. Сбор материала проведен с применением легководолазного снаряжения.

Биоценоз морского льда в зоне шельфа неоднороден и зависит от сезона, состояния льда, его структуры, наличия или отсутствия снегового покрова на нем, а также наличия кристаллов внутриводного льда. Микрофлора использует нижний слой льда в качестве биотопа. Такое сообщество образует уникальный биоценоз, в котором важное место занимают и животные организмы, мигрирующие и размножающиеся среди этих кристаллов. Лед является также хранилищем корма, обитающих там амфипод. Во льду постоянно происходит накопление органического вещества, развиваются водоросли и комплекс мейофауны. Наиболее многочисленны следующие систематические группы: Polychaeta, Copepoda, Calanoida, Cyclopoida и ряд других гидробионтов, среди которых представители Amphipoda – Orchomene cavimanus и Paramoera walkeri, а также мальки рыб Trematomus borchgrevinki. Весь комплекс подледной фауны и флоры предложено называть криопелагическим биоценозом.

Донные сообщества можно разделить на три характерных типа:

а) горизонтального скального грунта в период наличия льда;

б) горизонтального скального грунта в безледный период;

в) вертикальных скальных стен.

Различия между этими участками наиболее четко выражены на небольших глубинах и постепенно затухают на глубине более 30 м.

На малых глубинах, до двух–трех метров, доминируют диатомовые водоросли, амфиподы, морские звезды. Глубже появляются брюхоногие моллюски, изоподы Cymоdоcella tubicauda, голожаберные моллюски, морские пауки Pantopoda.

Гидробионты, обитающие в данном районе Антарктики, в целом существуют в условиях однородного биотопа, практически постоянной температуры воды, незначительного колебания солености, одинаковых скальных грунтов.

Таким образом, исходя из условий обитания и специфичности вида, его экологии, верхние слои шельфа занимает биоценоз диатомовых водорослей, которым для фотосинтеза необходимо достаточное количество света. Этот биоценоз сменяется биоценозом менее требовательных к освещенности красных водорослей Phyllophora antarctica и постоянно присутствующих на всех глубинах как растительноядных, так и плотоядных представителей антарктической фауны. Практически на всех горизонтах обитают морские звезды и морские ежи.

В целом распределение и развитие донных сообществ зависит от трофических факторов, а для флоры и от освещенности. Однако можно сделать вывод, что большинство биоценозов характеризуется не комплексом специфических форм, а одним–двумя доминирующими видами. Последующие места занимают либо виды, становящиеся на первое место в соседних сообществах, либо широко распространенные виды.

Большую роль в раскрытии экологических взаимоотношений и понимания специфичности биотопа в сублиторали антарктических морей играют представители уникального биогидроценоза – внутриводного льда. Внутриводный лед представляет собой кристаллы пресного льда диаметром – до 15 см, парящие в толще воды, в виде скоплений на нижней стороне льда или в виде донного льда. Среди кристаллов активно продуцирует фитопланктон. Происходит активное заселение этих кристаллов рядом беспозвоночных, среди которых основной группой являются амфиподы, в рацион которых входит и фитопланктон. Наиболее многочисленны Orchomene cavimanus и Paramoera walkeri. Амфиподы обоих видов представлены здесь молодью и половозрелыми самками и самцами.

Таким образом, скопление отдельных и смерзшихся кристаллов внутриводного льда под нижней поверхностью ледяного покрова на море является единственным в своем роде уникальным природным биотопом, местом существования, специфичной флоры и фауны Антарктики. Именно наличие благоприятных световых и температурных условий для адаптированной к этим условиям биоты, присутствие биогенных элементов автохтонного и аллохтонного происхождения, а также отсутствие постоянных течений в толще кристаллов, позволяет этим животным и водорослям максимально использовать тот короткий промежуток полярной весны и лета.

В целом, пищевая цепь внутри антарктических экосистем, расположенных в районе антарктического шельфа, может быть представлена так: фитопланктон, планктофаги, сестонофаги, детритофаги, эвфаузиевые раки, амфиподы, рыбы, пингвины, тюлени, киты.

Наши круглогодичные наблюдения в море Дейвиса (Антарктика) позволили выявить наличие закономерных сезонных изменений содержания растворенного в воде кислорода и первичной продукции. В среднем, величина чистой первичной продукции за светлую половину суток (весна) составила 35 г С2, что эквивалентно 70 г органического вещества на единицу площади. Предположив, что расход кислорода на обменные процессы планктонного сообщества составляет приблизительно 30 % от полученной величины чистой продукции, получим, что валовая продукция фотосинтеза в данном районе моря Дейвиса составляет 18 220 г С2 или 17 037 ккал/м2 за 40 дней. Столь высокая первичная продукция намного превышает величины наиболее продуктивных загрязненных озер и эвтрофных тропических озер. Максимальные концентрации кислорода в поверхностном слое моря достигали 20–22 мл О2/л (около 300 % насыщения).

Полученные нами данные по скорости потребления кислорода у антарктических пойкилотермных гидробионтов показали, что эти животные, эволюционно адаптированные к таким отрицательным температурам (–1,9ºС), обладают сопоставимыми уровнями обмена с другими гидробионтами, обитающими как в пределах высокоширотной Антарктики, так и в более низких широтах.

Калорийность сетного планктона варьировала по сезонам от 4,5 кал/мг органического вещества в феврале до 7,0–7,5 кал/мг органического вещества в июле–августе. Калорийность доминирующего в планктоне Calanus propinguus (Copepoda) зимой достигала 8,5кал/мг, в летние месяцы снижалась до 7,0 кал/мг органического вещества.

В зимние месяцы содержание липидов у антарктического калянуса достигает 70–75 %, а в сетном планктоне 40–45 % в сухом веществе; в летний период – 25–30 и 7–10 % соответственно. У бентосных животных Антарктики, при тех же температурных условиях, калорийность не превышала 5,0 кал/мг органического вещества при жирности 10–15 %.

Из этого следует важный вывод, что влияние эколого-физиологических факторов, в условиях однородного температурного воздействия, оказывается решающим. Обитатели и полярных широт, и тропиков существуют практически в стенотермных условиях, так как и в тропиках, и в морях Антарктики сезонные колебания температуры воды не превышают 1ºС. Однако динамика хода изменения калорийности в процессе онтогенеза идентична и там и там для всех экологических групп.


Zoocenosis — 2005
Біорізноманіття та роль зооценозу в природних і антропогенних екосистемах: Матеріали ІІІ Міжнародної наукової конференції. – Д.: Вид-во ДНУ, 2005. – 552 с.

Розповісти колегам:

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники