Биоразнообразие в океане

Земля уникальна среди планет нашей Солнечной системы, потому что на ней есть большое количество воды. К счастью для нас, большая часть этой воды находится в жидком состоянии, а не является льдом или водяным паром. Большая часть воды на Земле содержится в океане. Эта вода не только помогает регулировать климат и атмосферу Земли, она также является средой обитания для жизни. Фактически 80% живых организмов на Земле приходится на океан. В этой статье рассмотрены естественные процессы, которые влияют на биоразнообразие в океане.

Биоразнообразие. Понятие

Океан удивительно разнообразен. Жизнь в океане варьируется от самых маленьких микроскопических бактерий и вирусов до самого крупного животного, когда-либо обитавшего на Земле — синего кита. Биоразнообразие — это сокращенный вариант словосочетания «биологическое разнообразие», которое обозначает всевозможное разнообразие форм жизни на Земле. Биоразнообразие жизни включает в себя разнообразие растений, животных, грибов и микроорганизмов. Различные уровни биоразнообразия охватывают разнообразие экосистем, видовое и генетическое разнообразие.

Виды биоразнообразия

Разнообразие экосистем

Разнообразие экосистем описывает разнообразие, или вариативность, присущую конкретному географическому региону. Оно позволяет сравнивать степень биоразнообразия между экосистемами — как похожих, так и разных — в разных частях света, или экосистемами в пределах определенной природной зоны или географического региона. Например, можно сравнить биоразнообразие растений и животных Карибского кораллового рифа с Индо-Тихоокеанским коралловым рифом, а можно сравнить биоразнообразие экосистем в одном и том же географическом регионе, к примеру, лесных зон и прибрежных кустарниковых зарослей в Калифорнии.

Разнообразие видов

Под видовым разнообразием понимается обилие и разновидность видов, обитающих на конкретной территории. Например, на коралловых рифах, вероятно, обитает большее количество видов рыб, чем в открытом океане. Территория, богатая многочисленными видами, часто рассматривается как более здоровая и более устойчивая, чем территория с меньшим видовым разнообразием. Мы часто не осознаем изобилие видов рыб, обитающих в океане, называя рыбу «просто рыба», плохо различая их разновидности. Мы видим больше биоразнообразия среди наземных растений и животных, чем в морской флоре и фауне. Однако, в океане только рифообразующих кораллов выявлено более 800 видов, и, кроме того, еще сотни видов мягких кораллов и глубоководных кораллов.

Генетическое разнообразие

Генетическое разнообразие означает разновидность генома у одного конкретного вида. Например, в популяции улиток одни имеют гены более толстых раковин, в то время как у других гены более тонких раковин. В год, когда появляется много хищников, у улиток с более толстыми стенками раковин больше шансов выжить и произвести потомство. В другой же год те, у кого более тонкие и легкие раковины, смогут быстрее найти пищу, что поможет им конкурировать со своими родственниками с более толстыми раковинами и произвести больше потомства. Такое генетическое разнообразие позволяет видам адаптироваться к постоянно изменяющемуся солнечному излучению.

Конечно, ошибочно полагать, что физические характеристики, такие как толстые или тонкие раковины, — это то, что организм может приобрести за свою жизнь, учитывая огромное желание выжить. Генетическое разнообразие связано с размножением вида, и важно понимать, что такое разнообразие происходит в течение нескольких поколений, а не в течение жизни конкретного организма.

Ценность биоразнообразия

Биоразнообразие важно для здоровья экосистем. Ошибочно полагать, что слишком много живых существ приводит только к чрезмерной конкуренции и что экосистема с меньшим разнообразием означает меньшее количество конфликтов между видами. Ученые обычно характеризуют экосистемы, богатые как видовым, так и генетическим разнообразием, как здоровые. Учитывая некоторые факторы окружающей среды, например, катастрофические бури или изменение климата, экосистема с богатым видовым разнообразием имеет больше шансов на то, что некоторые, если не многие, виды смогут выжить после катастрофы, тогда как другие столкнутся с трудностями.

В разрушенной экосистеме можно обнаружить очень ограниченное число живых организмов и их видов. Если в этих экосистемах происходят какие-либо дополнительные изменения окружающей среды, существует меньше шансов на то, что виды преодолеют это изменение. Например, представьте себе экосистему, в которой обитает большое количество живых существ, но эти организмы представляют собой лишь несколько видов. Разнообразие видов ограничено. В этой экосистеме большая популяция рыб может выживать, питаясь несколькими видами добычи, и экосистема функционирует хорошо лишь до тех пор, пока численность добычи достаточна для поддержания популяции рыбы-хищника. Однако, когда происходит какое-либо нарушение, уменьшающее популяцию добычи, пищевая цепь быстро разрушается, и большая популяция рыб вынуждена бороться за выживание из-за меньшего количества пищи.

В другом примере популяция морской выдры в южной Калифорнии сильно пострадала из-за торговли пушниной, что привело к взрыву популяции морского ежа. Вскоре морские ежи опустошили заросли водорослей в Южной Калифорнии. Точно так же генетическое разнообразие гарантирует, что при воздействии на окружающую среду часть видов будет продолжать размножаться и переживать изменения в окружающей среде.

Биоразнообразие имеет большую экономическую ценность. Эта ценность заключается в том, что люди во всем мире зависят от биоразнообразия океана как иточника для получения пищи, кормов для животных, удобрений для сельскохозяйственных культур, строительных материалов, косметики, фармацевтики, туризма. Помимо этого, биоразнообразие океана является также частью наследия многих культур и имеет существенную ценность для их уникальной красоты и для той экзотической жизни, которая называет океан своим домом.

Жизнь могла зародиться в океане

Биоразнообразие океана дает представление о том, как жизнь развивалась на протяжении всей истории Земли и продолжает развиваться и сегодня. Более 95% океана до сих пор не изучено, и ученые полагают, что предстоит обнаружить еще очень много новых неизвестных видов. Ученые также считают, что самые ранние свидетельства зарождения жизни относятся к океану.

Археи (по-гречески «древние») — это простые микроорганизмы, населяющие различные среды обитания, в том числе некоторые из самых экстремальных на Земле, такие, как места с выходом метана, соленые озера и горячие источники. Археи, расположенные вблизи глубоких, темных, горячих подводных вулканов, делают азот доступным для глубоководной океанической пищевой цепочки благодаря процессу, называемому фиксацией азота. Считается, что такие археи, возможно, были первой жизнью на Земле приблизительно 3,5 миллиарда лет назад. Азот является важным компонентом ДНК и белков. Благодаря такой фиксации азота эти археи, внесли свой вклад в изменение атмосферы планеты, изменив химические процессы на Земле, и сделав возможной эволюцию жизни на нашей планете.

Распределение Жизни

Хотя океан содержит большое разнообразие жизни, живые организмы не равномерно распределены по всему океану в силу абиотических факторов океанской среды. Абиотические факторы — это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. Абиотические факторы являются неживыми компонентами экосистемы или среды обитания, например, это соленость воды, температура воды и наличие света. По мере продвижения от поверхности океана к самым глубоким впадинам эти абиотические факторы изменяются. Например, по мере того, как вы заходите глубже, света становится все меньше. Из-за этих абиотических факторов жизнь изменяется в разных частях океана.

Жизнь в верхних слоях океана

Солнечный свет очень важен для жизни, потому что именно он является источником почти всей энергии в морской пищевой цепи. Морские растения и фитопланктон, в состав которого входят сине-зеленые бактерии, отвечают за улавливание энергии солнца и превращение ее в форму энергии, пригодную для использования большинством других организмов в океане. Фотическая зона — освещаемая солнцем верхняя толща воды океана. Она состоит из эвфотической зоны и сумеречной зоны.

Эйфотическая зона включает в себя глубины океана, освещенные достаточным количеством света для проведения фотосинтеза. Если Вы когда-либо плавали под водой и смотрели на небо, то, вероятно, видели, как солнечный свет проникает сквозь воду. По мере того, как Вы заходите глубже, больше света фильтруется (отражается, преломляется и поглощается) водой, становится все темнее и темнее.

Глубина эвфотической зоны зависит от того, насколько прозрачна вода, при этом более чистая вода имеет более глубокую эвфотическую зону по сравнению с более мутной и непрозрачной водой. В среднем свет проникает на глубину 200 метров ниже поверхности воды. На дне эвфотической зоны находится сумеречная зона — зона, до которой доходит некоторое количество света, но его уже явно недостаточно для фотосинтеза растений. Поскольку фитопланктон является основой морской пищевой цепи, ученые в настоящее время считают, что в эвфотической зоне больше биоразнообразия, чем в других глубинах океана, однако, по мере того, как ученые продолжают исследовать эти глубины, они открывают все новые, экзотические виды.

Жизнь в глубине океана

Большинство живых организмов в океане полагаются на фотосинтез в эвфотической зоне как на источник своего существования. Однако жизнь в глубоководных участках океана не может полагаться только на солнечный свет в качестве источника энергии. Вместо этого существа, обитающие в глубоководных участках океана, адаптировались к использованию других источников энергии.

Когда организмы в океане умирают, они опускаются на дно и разлагаются. Мы называем это разложившееся вещество детритом или мёртвым органическим веществом. Животные, которые едят детрит называются детритофагами. В то время как детрит является источником пищи для многих организмов, живущих в глубоководных районах моря, многие другие глубоководные животные являются хищниками для этих детритофагов.

В некоторых глубоководных районах организмы способны питаться, синтезируя органические соединения из неорганических с использованием энергии химических реакций. Это называется хемосинтезом. Археи, живущие вокруг глубоководных гидротермальных источников, являются примером организмов, питающихся при помощи  хемосинтеза. Эти организмы способны выживать за счет энергии, получаемой в результате химических реакций с участием сероводорода (H₂S) или метана (CH₄), вырабатываемых гидротермальными источниками.

Морские экосистемы и их разнообразие

Экосистема состоит как из живых организмов, так и из абиотических факторов окружающей среды. Океан содержит множество разнообразных и уникальных экосистем. Мы рассмотрим некоторые из экосистем, встречающихся в океане, включая коралловые рифы, побережья (как скалистые, так и песчаные), мангровые леса, эстуарии, заросли водорослей и приполярные моря.

Коралловые рифы

Большинство рифообразующих кораллов процветают в теплой, прозрачной, мелкой воде, поэтому коралловые рифы встречаются в основном в прибрежных районах тропиков и субтропиков. Коралловые рифы хрупки и чувствительны к изменению температуры воды. Стресс, вызванный изменениями температуры, химического состава воды или других параметров окружающей среды, может повлиять на здоровье рифа — иногда с фатальными последствиями.

Этот стресс может привести к изгнанию кораллами их красочных зооксантелл (микроскопических одноклеточных симбиотических водорослей, обитающих на кораллах и обеспечивающие их пищей, получаемой путем фотосинтеза в обмен на защиту), что приводит к изменению цвета — явление, известное как обесцвечивание кораллов. Кораллы могут восстановить свои зооксантеллы, если стресс пропадет. На следующей иллюстрации показаны участки океана, где встречаются тропические коралловые рифы.  

Кораллы бывают разных форм и размеров. Хотя многие виды кораллов могут выглядеть как камни, на самом деле кораллы — это животные! Коралловые полипы обитают колониями и строят скалистые сооружения, в которых и живут. Сооружение, которое мы видим, размышляя о кораллах, на самом деле похоже на самовозводимый жилой дом. Один коралл может состоять из тысяч крошечных коралловых полипов. Если присмотреться к живому кораллу, то можно увидеть крошечные коралловые полипы (похожие на морские анемоны). Белая структура, которую большинство людей считают кораллом, на самом деле является скелетом, оставшимся после смерти коралловых полипов.

Структура кораллов очень важна для здоровья рифа. Без кораллов, создающих рифы, у других организмов не было бы среды обитания, в которой можно было бы жить и где можно было бы спрятаться от хищников. Коралловые рифы часто сравнивают с тропическими дождевыми лесами из-за разнообразия обитающих в них видов. По оценкам некоторых ученых, 25% животных в океане обитают на коралловых рифах.

Жизнь на морском побережье

Если вы живете недалеко от океана, вы, вероятно, были на берегу. Скалистые или песчаные, берега океана имеют некоторые отличные друг друга характеристики. Морское побережье — это очень суровая среда для обитания, потому что оно постоянно избивается волнами и подвержено влиянию приливов и отливов. Далее мы остановимся на уникальных характеристиках каменистых и песчаных побережьев и рассмотрим некоторые из обитающих там видов.

Каменистый берег

Каменистый берег — трудное место для жизни. Растения и животные, обитающие там, должны иметь специальные приспособления для выживания. Организмы также должны уметь справляться с частыми и быстрыми изменениями абиотических факторов, таких как соленость, pH, температура и доступность кислорода. Каменистый берег часто избивается волнами. Многие организмы, живущие там, приобрели приспособления для крепления к скалам, чтобы их не смывало волнами. Кроме того, эти приспособления помогают обитающим здесь беспозвоночным переживать хищническое истребление при отливе. По мере того, как происходят приливы и отливы, дно прибрежной полосы и его обитатели периодически остаются на открытом воздухе. Когда прилив заканчивается, некоторая часть воды остается в местах, называемых приливными бассейнами.

Приливные бассейны представляют собой важную среду обитания для животных, живущих на каменистом берегу и не приспособленных к длительному воздействию воздуха. Слишком много воздуха и недостаточное количество воды не очень хорошо сказывается на большинстве океанских организмов. При уходе воды из приливного бассейна они рискуют погибнуть.

Ученые часто говорят о зонах каменистого побережья. Организмы, которые могут выдерживать длительное воздействие воздуха и солнца, живут в зонах с высоким приливом и низким отливом, в то время как организмы, которые должны быть постоянно покрыты водой, встречаются в приливно-отливных зонах с небольшим перепадом уровня воды. Участок берега, который затопляется морской водой во время прилива и осушается во время отлива иногда называют литоральной зоной.

Некоторые животные, такие как мидии и ракушки, могут плотно закрываться, чтобы уменьшить потери воды. Благодаря своей способности сохранять воду, они могут жить в зоне с повышенной влажностью, называемой супралитораль (от лат. supra — над, выше и litoralis — береговой) — экологической зоне на границе моря и суши, находящейся выше уровня максимального прилива и подверженной длительному воздействию воздуха и солнечного света. Другие животные, например, морские ежи, могут только кратковременно обходиться без воды. Эти животные обычно находятся в приливно-отливной зоне или, возможно, в приливных водоемах.

Однако такие организмы, как рыбы и голожаберные моллюски (иногда их называют морскими слизняками), должны всегда оставаться под водой, чтобы выжить. Эти животные живут в районах, которые всегда находятся под водой. Другие животные, такие как морская звезда или красильная багрянка (морской брюхоногий моллюск из семейства иглянок), могут ползти обратно в воду, способные свободно перемещаться по различным участкам каменистого берега. Водоросли, такие как морской салат, должны оставаться постоянно влажными и жить поближе к воде. А такие их разновидности, как коралловые красные водоросли, способные переносить длительное воздействие солнца и воздуха, обитают выше на скалистом берегу.

Песчаный берег

Большинство людей, думая о пляже, представляют себе песчаный берег, где можно выложить полотенца, плюхнуться на них и целый день отдыхать. Проводя время на пляже, мы можем не знать об окружающей нас жизни. Во время отлива некоторые организмы зарываются в песок для защиты от волн и чтобы оставаться влажными.

Когда вода возвращается во время прилива, эти существа выходят на поверхность, чтобы подкрепиться. Прилив приносит живым организмам пользу, так как он приносит с собой воду с повышенным сдержанием кислорода и пищу из более глубоких областей. Но прилив также представляет и опасность для животных, прячущихся в песке. При приливе такие рыбы, как скаты, начинают охотиться на беззащитных беспозвоночных. Скаты имеют сильные челюсти с плоскими зубами, которые используются для дробления раковин пойманных беспозвоночных.

Также как и каменистый берег, песчаный берег также можно разделить на зоны. В супралиторальной зоне встречаются такие существа, как морские блохи (или песчаные блохи), похожие на креветок виды амфипод, способные, в зависимости от необходимости, легко входить в области, покрытые водой и покидать их. В литоральной зоне можно встретить таких животных, как двустворчатые моллюски (известные нам устрицы, мидии, морские гребешки) и песчаные крабы, которые могут зарываться в песок, когда нет прилива.

Во время отлива берег посещают стаи разнообразных птиц, чтобы попировать над зарывшимися в песке животными. Область песчаного берега, которая всегда покрыта водой, называется сублиторальной зоной. В этой зоне вы найдете маленькую рыбку, скатов и морских ежей. Эти животные всегда должны оставаться под водой, чтобы выжить.

Заросли водорослей

Водоросли растут в богатой питательными веществами холодной, чистой воде, обычно на западных побережьях континентов. Это происходит из-за направления океанических течений, переносщих холодную воду. Холодная вода из приполярных морей движется в сторону западных границ материков, в то время как восточные побережья континентов получают теплую воду с Экватора. Эта холодная вода поддерживает важную и восхитительную экосистему.

Кроме того, на западном побережье континентов часто происходит апвеллинг, или подъём глубинных, богатых питательными веществами вод к поверхности, замещая более тёплые, бедные биогенами поверхностные воды. Водоросли зависит от этих питательных веществ. Одно из мест, где можно встретить заросли водорослей, находится вдоль побережья Калифорнии.

Водоросли (лат. Algae) — это термин, используемый для обозначения экологической группы преимущественно фотоавтотрофных (использующих свет для получения энергии) одноклеточных или многоклеточных организмов различного происхождения. Традиционно водоросли причисляются к растениям.

Размеры водорослей колеблются от долей микрона (кокколитофориды и некоторые диатомеи) до 30—80 м (бурые водоросли — ламинария, макроцистис, саргассум). Некоторые виды ламинарии могут достигать 80 метров в длину и расти до полуметра в день! Ламинария (лат. Laminaria или «морская капуста») прикрепляются к скалистому морскому дну при помощи специальных органов крепления — подошвы (уплощённое расширение в основании) или ризоиды (разветвлённые выросты). Эти органы напоминают корни сухопутных растений, но не обеспечивают питательными веществами ламинарию так, как это делали бы корни сухопутных растений.

Бурые водоросли могут расти только в тех местах, где они могут прикрепиться к твердой поверхности, например, к камням. Они будут расти так глубоко в океане, насколько будет доступен свет для фотосинтеза. Некоторые виды бурых водорослей плавают вертикально в толще воды благодаря заполненным воздухом специальным пузырям, создавая ощущение подводного леса.

Своеобразный шатер, созданный массивными листьями бурых водорослей, обеспечивает богатую среду обитания для других видов жизни. Под этим навесом от солнечного света создается множество теней. Это не беспокоит животных, которые там живут. К ламинарии прикрепляются такие животные, как мшанки, многощетинковые черви, мелкие ракообразные, морские звезды и другие беспозвоночные. Много беспозвоночных встречается также на скалах вблизи водорослей.

Среди водорослей плавает много различных видов рыб. Морские львы и выдры также являются обычными посетителями подводного леса, питаясь найденными там рыбами и беспозвоночными. Хотя многие животные используют заросли бурых водорослей в качестве среды обитания, здесь очень много и других видов водорослей. Между более крупными видами водорослей обитают более мелкие их собратья, а выносливые виды, такие как более короткие красные водоросли, могут жить в местах с рассеянным солнечным светом.

Эстуарии

Эстуарии представляют собой уникальные экосистемы, формирующиеся там, где реки встречаются с океаном. В этих местах происходит смешивание пресной воды из реки с соленой водой океана. Условия окружающей среды в эстуариях могут сильно колебаться из-за разных приливов и отливов и стока рек. Такие колебания приводят к изменению солёности и температуры воды. Виды, обитающие в эстуариевых районах, должны быть адаптированы к этим изменениям. Несмотря на суровые условия, в эстуариевых районах наблюдается большой объем первичной продукции, или фотосинтез.

Одна из причин высокой продуктивности эстуариев заключается в том, что вода в них неглубокая и подвержена воздействию большого количества солнечных лучей. Другая причина высокой продуктивности эстуариев — сток с земли, содержащий азот, фосфор и кремнезем — по сути, удобрения. Существуют различные типы эстуариев, в том числе илистые поймы, устричные банки, солончаковые болота и мангровые леса.

Первичная продукция— в экологии величина, характеризующая прирост количества органического вещества, образованного за определённое время автотрофными организмами (например, зелеными растениями, или цианобактериями) из простых неорганических компонентов.

Видовое разнообразие в эстуариях не такое большое, как в других прибрежных местах обитания. Животные, приспособленные к жизни в эстуариях, как правило, являются всеядными, питающимися разнообразной пищей, в зависимости от того, что имеется в наличии. Растения и животные, живущие в эстуариях, имеют специальные способы борьбы с изменяющейся соленостью. Например, спартина изящная (лат. Spartína) способна выделять избыток соли через специализированные железы в своих листьях.

Эстуарии часто называют питомниками океана. Мелкие рыбы чувствуют себя в эстуариях более защищенно, так как вода в них мелкая. Часто эти маленькие рыбки ежедневно смываются из эстуариев приливами и отливами. Мелководье не позволяет более крупным морским видам проникать в эстуарии, чтобы питаться молодью. Хотя более крупные океанские обитатели не могут питаться животными, живущими в эстуарии, птицы и люди могут. Эстуарии являются источником для более чем 75% коммерческого улова рыбы в Северной и Южной Америке. Это устрицы, крабы, гребешки, а также такая рыба, как камбала, макрель, полосатый окунь и сельдь.

Мангровые леса и их обитатели

Мангровые леса могут встречаться в эстуариях, хотя они и не ограничиваются этими районами. В некоторых тропических и субтропических частях мира мангровые леса занимают 60-75% береговой линии.

Мангры — это термин, который может быть применен к тем деревьям и кустарникам, которые уникальны тем, что это наземные растения, которые приспособились к жизни в солоноватых эстуарийных водах или даже в более соленой океанской среде. Если быть более точным, то мангровые заросли могут относиться к представителю рода Ризофора(лат.Rhizophora). В то время как все семейство ризофоровых являются мангровыми растениями, не все мангровые растения являются ризофорами.

Живя вдоль побережья, многие виды мангровых зарослей затопляются соленой водой во время прилива. Так же, как и упомянутая выше спартина изящная, некоторые мангровые заросли способны избавляться от избытка соли, другие же виды могут вообще не поглощать ее. Различные виды мангровых деревьев имеют различную терпимость к засолению в зависимости от имеющегося механизма удаления соли. Это создает зонирование видов мангровых зарослей: одни виды живут ближе к суше, другие — ближе к приливно-отливным зонам.

Мангровые заросли очень важны для прибрежных районов по нескольким причинам. Во-первых, запутанные корни мангровых зарослей помогают удерживать осадочные породы на месте, предотвращая эрозию, и даже производить почву по мере того, как отложения и щебень накапливаются среди корней деревьев. В некоторых частях земного шара прибрежные мангровые леса были уничтожены. Породы с берега вымываются на близлежащие коралловые рифы, удушая их. Во-вторых, мангровые леса являются средой обитания для таких небольших видов, как молодь рыб, крабы, губки и устрицы. Эти виды часто находят защиту среди корней мангровых зарослей. Мангры также могут защитить землю от разрушительных сил штормов, ураганов и даже цунами, поскольку их обширные корневые системы удерживают отложения, поглощая паводковые воды.

Обитатели полярных морей

Полярные моря состоят из бассейнов Северного Ледовитого океана в Северном полушарии и океанских вод, окружающих Антарктику в Южном полушарии. Хотя оба приполярных бассейна имеют некоторые сходные характеристики, они не совсем одинаковы. Бассейн Северного Ледовитого океана окружен сушей и зимой покрыт льдом. Летом количество льда уменьшается и покрывает менее половины поверхности океана. Антарктика же — континент, покрытый толстым слоем льда (здесь находится почти 90% мирового льда, содержащего почти 70% мировой пресной воды), окруженный ледяными шельфами, морским льдом и айсбергами. Оба эти бассейна богаты питательными веществами. Однако воды вокруг Антарктиды холоднее и богаче питательными веществами, чем в бассейне Северного Ледовитого океана.

Белые медведи и пингвины — два животных, о которых традиционно мы думаем, представляя себе полярные моря. Некоторые даже думают, что белые медведи едят пингвинов. Этого никогда не случается, потому что они живут на противоположных концах Земли! Оба полярных моря — это разные экосистемы с уникальными пищевыми цепями. Хотя косатка находится на вершине пищевой цепи в обоих полярных морях, а фитопланктон и ледовые водоросли — внизу, виды, обитающие между ними, заметно отличаются друг от друга. Бассейн Северного Ледовитого океана богат такими животными, как атлантический тупик, длинноклювая кайра, большая конюга, морж, белуха, нарвалы, белые медведи и медузы, включая арктическую цианею, также известную как цианея волосатая или львиная грива.

Природные процессы, которые влияют на биоразнообразие

Биоразнообразие экосистем поддерживается и изменяется благодаря таким естественным процессам, как генетическая мутация и естественный отбор. Эти процессы происходят непрерывно, приводя к постоянным изменениям в биоразнообразии. Рассмотрим эти процессы более подробно.

Процессы, которые порождают биоразнообразие

Одним из способов увеличения биоразнообразия является генетическая мутация. Все особи внутри вида имеют одинаковую ДНК. Генетическая мутация — это изменение части ДНК индивидуума, приводящее к изменению наследственного гена. Это изменение или может не иметь никакого значения для организма, или оно может дать преимущество или недостатки для организма. Если это приведет к недостатку, организм, скорее всего, не выживет, и новый ген не будет передан новому поколению. Если мутация гена дает организму преимущество перед другими особями того же вида, то организм, скорее всего, будет размножаться, передавая мутировавший ген своему потомству. Через поколения особи в популяции, обладающие этим мутировавшим геном (и, таким образом, обладающие преимуществом), станут более распространенными. Со временем это может привести к эволюции нового вида, отличающегося от старого.

Примером генетической мутации может служить группа рыб, обитающих в водах вокруг Антарктиды. Эти рыбы принадлежат к семейству нототениевидных (лат. Notothenioidei). Все пойкилотермические рыбы (от греч. ποικίλος — различный, переменчивый и θερμία — тепло), часто называют хладнокровными. Они не используют энергию, чтобы поддерживать постоянную температуру своего тела, в результате чего их тело имеет такую же температуру, как и вода, в которой они плавают.

Пойкилотермия — эволюционная адаптация вида или состояние организма, при котором температура тела живого существа меняется в широких пределах в зависимости от температуры внешней среды. Это характерно для большинства беспозвоночных животных, а также для рыб, амфибий и рептилий.

Многие виды рыб не могут выжить в холодных водах вокруг Антарктиды. Однако у многих нототениевидных или ледяных рыб, как их принято называть, в крови есть специальные двухкомпонентные белки, называемые гликопротеины, которые работают как антифриз в организме, позволяя этим рыбам жить в ледяной воде.

Другим способом увеличения биологического разнообразия является колонизация новыми видами. Одним из примеров этого являются так называемые дрейфующие семена. Дрейфующие семена имеют толстую древесную оболочку и внутреннюю полость, заполненную воздухом. Воздушная полость позволяет им держаться на воде. Эти семена используют океан и его приливы и отливы как средство передвижения. Примером дрейфующего семени является кокос. Когда плод кокоса выбрасывает волнами на новый пляж, вырастает кокосовая пальма и это может быть первая пальма, выросшая в этом месте, что также увеличивает биоразнообразие.

Процессы, которые поддерживают биоразнообразие

Биоразнообразие может быть поддержано различными способами. Одним из способов поддержания популяции является размножение. До тех пор, пока все виды в экосистеме будут продолжать размножаться нынешними темпами, биоразнообразие будет оставаться неизменным.

Есть два разных способа размножения вида — половой и бесполый. Многие морские организмы способны размножаться как половым, так бесполым путем. Одним из распространенных примеров является актиния, или морская анемона. Морские анемоны проводят большую часть своей жизни прикрепленными к одной и той же скале, что затрудняет их половое размножение. Для полового размножения самцы выделяют спематозоиды в воду. Это стимулирует самок, которые находятся поблизости, выделять яйцеклетки. При удачном стечении обстоятельств сперматозоиды и яйцеклетки встречаются в толще воды и происходит оплодотворение. Оплодотворённая яйцеклетка развивается, оседает на камень и вырастает коралловый полип.

Поскольку этот вид размножения имеет высокий уровень неудач, актинии воспроизводятся также и неполовым путем. Они могут размножаться путем деления или фрагментации тела, при этом небольшие фрагменты края подошвы отделяются от актинии и расползаются в разные стороны. В результате такого расползания вокруг основания тела родительской особи образуется подобие «ведьминого кольца» из юных маленьких актиний, в которые вскоре превращаются отдельные фрагменты материнской подошвы.

Размножение — не единственный способ сохранения биоразнообразия. Хотя это может показаться нелогичным, отношения «хищник-добыча» также помогают поддерживать биоразнообразие.

Отличным примером этого является взаимосвязь между морскими выдрами и морскими ежами. Как морские выдры, так и морские ежи обитают в зарослях водорослей у побережья северной Калифорнии. Морские ежи являются популярным блюдом для морских выдр. С уменьшением популяции морской выдры популяция морских ежей в водорослях увеличивается. Т.е. без хищнических действий выдр популяция морских ежей быстро растет. Морские ежи сидят на водорослях. Если популяция морских ежей продолжает бесконтрольно расти, это приводит к резкому сокращению бурых водорослей.

Без бурых водорослей общее биоразнообразие побережья сокращается. Популяция морской выдры имеет существенное значение для биоразнообразия зарослей водорослей Калифорнии. Из-за той важной роли, которую они играют в этой экосистеме, морских выдр называют ключевыми видами, и, так же как арихитектурная арка разрушится без ключевого камня (камня в верхней части арки), биоразнообразие экосистемы разрушится без ее ключевых видов.

Симбиоз — это еще один процесс, поддерживающий биоразнообразие. Симбиоз — форма тесных взаимоотношений между организмами разных видов, при которой хотя бы один из них получает для себя пользу.

Некоторые симбиотические отношения приносят пользу обоим организмам и известны как мутуализм (симбиоз, взаимовыгодный для обоих симбионитов). Взаимовыгодными отношениями, с которыми многие знакомы, являются отношения актинии и рыбы-клоуна. Морские анемоны имеют жалящие клетки, служащие защитой от хищников. А рыба клоун может вырабатывать иммунитет против яда стрекательных клеток актинии. Если клоун без иммунитета попадет в актинию, он погибнет, как и всякая другая рыба! Для того чтобы выработался иммунитет, клоун постепенно приучает актинию к своему присутствию. Вначале рыбка лишь слегка касается боками щупалец, затем прикосновения становятся все продолжительнее, и наступает момент, когда клоун заплывает в кольцо щупалец. Такое приучение может длиться несколько часов.

В дикой природе союз клоунов и актиний выгоден обоим видам: небольшие клоуны находят в актиниях убежище от крупных хищников и в то же время сами защищают актинию. Рыбы-бабочки любят откусывать щупальца актиний, а клоуны, защищая свой «дом», прогоняют нежелательных пришельцев. Морской анемон обеспечивает среду обитания и защиту рыбы-клоуна и ее яиц, в то время как рыба-клоун очищает территорию от пищевых отходов анемона, снижая тем самым его шансы на развитие инфекции. Также продукты жизнедеятельности клоунов (моча и кал) являются дополнительным питанием для симбиотических водорослей актиний – зооксантелл, а пряча еду в своем убежище, клоуны невольно подкармливают и свою хозяйку.

Рыба-клоун также обеспечивает лучшую циркуляцию воды к анемону. Когда рыба-клоун плавает вокруг, она создает дополнительное движение воды вокруг щупалец актинии, и анемон, соответственно, получает больше кислорода. В этих взаимных отношениях морские анемоны защищают рыбу-клоуна, которые, в свою очередь, защищают анемона. В этом случае симбиотические отношения между морским анемоном и рыбой-клоуном поддерживают биоразнообразие. Без описанной взаимосвязи эти два вида могут оказаться неспособными защитить себя, что приведет к исчезновению и сокращению биологического разнообразия.

Процессы, которые уменьшают биоразнообразие

Вымирание — это один из процессов, который сокращает биоразнообразие. Хотя мы часто слышим о вымирании, обсуждаемом в связи с влиянием человека, виды вымирают и в результате природных процессов. Фактически, более 99% видов, когда-либо существовавших на Земле, сегодня уже вымерли. К естественным причинам вымирания относятся засуха, естественные изменения климата, воздействие астероидов и распространение болезней. Помимо экологических изменений, которые могут вызвать вымирание, сокращение биологического разнообразия также может происходить в процессе естественного отбора. Естественный отбор действует по наследственным признакам.

Внутри экосистемы каждый отдельный вид занимает определенную позицию или нишу. Если два вида населяют одну и ту же среду и питаются одними и теми же ресурсами, считается, что они занимают одну и ту же нишу. Это совместное использование ниши хорошо при условии наличия достаточного количества пищи для существования обеих популяций. Если популяции вырастут слишком большими, у них закончатся ресурсы. Когда два вида борются за одни и те же ресурсы, в результате возникает конкуренция.

Конкуренция может иметь два результата. Если между двумя видами, конкурирующими за нишу, существуют достаточные различия, каждый из них может адаптироваться и начать занимать различные ниши. Если генетических различий недостаточно много, чтобы обеспечить сосуществование, то один вид задавит другой, что, в свою очередь, приведет к исчезновению и сокращению биологического разнообразия. Это естественный отбор в действии. Конкуренция обычно наблюдается в приливно-отливных экосистемах, в которых ограничены пространство и ресурсы.

Другие статьи из этой серии:

Океан и круговорот воды в природе

Мировой океан и движение вод

Сокращение биоразнообразия океана

Загрязнение мирового океана и здоровье людей

---