Статья воспроизводит главу из книги академика Галазия Г. И. "Байкал в вспросах и ответах" (1989). Сквозная нумерация вопросов по книге сохранена.
Термин планктон от греческого «планос» — парящий, блуждающий. Планктон — собирательное понятие для сообщества дрейфующих или малоподвижных растений и животных, обитающих в водной толще водоемов. Сюда входят самые разнообразные организмы: от микроскопических бактерий, водорослей и простейших животных до довольно крупных водорослей, а в морях и беспозвоночных животных, таких, как медузы. К планктону относят икру рыб, яйца беспозвоночных, плавающие в толще воды, и их личинки, находящиеся в толще приповерхностных вод.
Водоросли — это низшие одноклеточные и многоклеточные растения. Они имеют слоевища различных размеров: от видимых только под микроскопом одноклеточных до гигантских морских водорослей — ламинарий, достигающих в длину десятки и даже сотни метров.
В пресных водах водоросли сравнительно небольших размеров, за исключением немногих — например, драпарнальдий, тетраспор, харовых. Для всех них, как и для других растений, характерно автотрофное питание, содержание хлорофилла и способность фотосинтезировать. У водорослей нет ни корней, ни стеблей, ни листьев, хотя у некоторых крупных морских представителей этой группы организмов есть образования, внешне напоминающие эти органы. Обитают водоросли как в пресной и соленой воде, так и на суше — в почве, или внедряются в скалы и камни. Делятся на ряд типов: сине-зеленые, зеленые, золотистые, пирофитовые, диатомовые, багряные, харовые и др.
Водоросли не нуждаются в корнях, так как живут в растворе питательных веществ и могут поглощать их всей своей поверхностью. У некоторых водорослей имеются органы — ризоиды, по виду напоминающие корень, которыми они прикрепляются к субстрату. Водорослям не нужна сложная сосудистая система для переноса воды и питательных веществ к отдельным частям организма, следовательно, не нужен им и стебель.
Некоторые водоросли, по преимуществу морские, имеют пластины, по форме напоминающие листья, однако это всего лишь выросты на растении, а не специализированный фотосинтезирующий орган, как у наземных растений. Так как в процессе фотосинтеза участвует все тело водоросли, то эти пластины служат лишь для увеличения общей фотосинтезирующей поверхности растения, повышая тем самым эффективность поглощения питательных веществ и фотосинтеза.
Водоросли в Байкале встречаются на глубинах до 100—115 м и более. В чистой океанской воде фотосинтез может происходить до глубины 180 м, и ниже этих глубин растения, вероятно, жить не могут. В последнее время при исследованиях у Багамских островов встречен на глубине 268 м новый вид красных водорослей, способных расти почти в полной темноте. На такую глубину проникает лишь 0,0005% солнечного света, падающего на поверхность моря.
Значительные концентрации водорослей прослеживаются до глубин 300—500 м, однако на таких глубинах они уже фотосинтезировать не могут и оказываются там при осаждении па дно после прекращения фотосинтези-рующей деятельности и отмирания.
При исследовании с помощью глубоководных аппаратов прикрепленная водоросль — драпарнальдия — была обнаружена акванавтами в районе пос. Б. Коты на глубине 80 м. Если она оказалась там не случайно, а приспособилась к жизни, явление представляет большой интерес для физиологов, так как прикрепленные водоросли требуют для своей жизнедеятельности больше света, чем планктонные, и поэтому редко встречаются на глубине свыше 20 м (рекордная для морских водорослей глубина 54 м).
Наиболее многочисленными по видовому разнообразию в Байкале являются диатомовые водоросли. Их насчитывается в озере 509 видов из общего числа известных к настоящему времени 1085 видов и разновидностей. Из водорослей-макрофитов, обитающих в прибрежных условиях, наибольшее распространение получили улотрикс, драпарнальдии и тетраспора.
Под ледовым покровом, особенно в малоснежные зимы, существует довольно богатая жизнь. Из-за высокой прозрачности льда на Байкале отмечается массовое развитие водорослей, или подледное весеннее цветение, при котором численность и биомасса водорослей достигают уровня, характерного для водоемов мезотрофного типа (от 16 до 40—50 г органического углерода под 1 м2). Зоопланктон и зообентос также функционируют и подо льдом. Если численность и биомасса зоопланктона под ледовым покровом меньше, чем летом, то биомасса бен-тосных организмов сравнительно мало изменяется по сезонам года.
В период подледного цветения синтезируются органические вещества, обеспечивающие жизнедеятельность бактерио- и зоопланктона в летний период.
Подледное весеннее цветение начинается с конца февраля до мая — начала июня. С освобождением озера от ледового покрова эти водоросли выпадают из планктона. В подледный период в массовом количестве развиваются водоросли из родов мелозира, циклотелла, динобрион, перидиниевые и гимнодиниум. В это же время, когда перемешивание воды сравнительно слабое, развиваются и самые крупные по размерам водоросли.
Цветением планктона у гидробиологов принято называть бурное развитие планктонных водорослей (иногда его отождествляют с цветением водоема, что не одно и то же). При этом может измениться цвет воды, отсюда и название — цветение. Чаще всего такое бурное развитие наблюдается у одного, реже нескольких видов фитопланктона. В Байкале цветение, как правило, бывает весной, еще в подледный период. Оно происходит за счет бурного развития двух массовых видов водорослей — молозиры и гимнодиниума. Но бывают годы, когда и другие водоросли (например, синедра, динобрион и др.) имеют вспышку в развитии, биомасса водорослей при этом достигает огромной для Байкала величины — 3—4 г/м3 и более. Цветение бывает также и летом, но оно неодинаково по акватории озера: иногда проявляется только в южной котловине, тогда как в северной идет обычное развитие или даже слабое и, наоборот, цветет в северной котловине, а в южной нет. В летнее время, в период открытой воды, когда численность весеннего фитопланктона незначительна, наблюдается массовое развитие мелких водорослей, так называемых ультрананнопланктонных. Их численность бывает до 150 млн. клеток в 1 л, а биомасса — до 0,350 г/м3. Наиболее массовый представитель этой группы — водоросль Synechocystis limnetica Popovsk, совсем недавно открытая сотрудником Лимнологического института СО АН СССР Г. И. Поповской.
Осенью цветение бывает значительно более слабым и происходит за счет развития водоросли Cyclotella minuta и некоторых других.
459. Какую роль в жизни Байкала играет подледное цветение и кем оно впервые отмечено на Байкале?
Подледное цветение впервые отмечено на Байкале В. Н. Яснитским (1930), организовавшим специальные круглогодичные исследования в течение ряда лет. До этих работ всех исследователей поражала необыкновенная бедность фитопланктона Байкала.
Группа микроскопических водорослей, по большей части одноклеточных сине-зеленых и несколько видов зеленых, массовое развитие которых наблюдается как в подледный, так и в безледный периоды. Размеры клеток этих водорослей не превышают двух-трех микрон, приближаясь к размерам клеток бактериального планктона. К этой группе организмов, вероятно, следует относить и бактериопланктон. Биомасса ультрананнопланктонных водорослей в летний период в несколько раз превышает в Байкале биомассу более крупного фитопланктона, составляя часто 150—200 мг/м3.
В годы слабого развития других водорослей роль ультрананнопланктона возрастает и становится соизмеримой с биомассой фитопланктона. Энергия фотосинтеза ультрананнопланктонных водорослей намного выше, чем у обычного фитопланктона, суточный П/Б — коэффициент у них также значительно больше, чем у других байкальских водорослей. Исследование водорослевого ультрананнонланктона объясняет наблюдавшееся ранее несоответствие между высокой первичной продукцией фитопланктона и его очень малой биомассой в летние месяцы. Ультрананнопланктонные водоросли служат как бы страховочным резервом для поддержания постоянства первичной продукции. В урожайные годы этих водорослей крупного фитопланктона очень мало и наоборот — в неурожайные годы макрофитопланктона происходит массовое развитие ультрананнопланктона, и он в значительной мере компенсирует недостачу урожая макрофитопланктона.
В Байкале красного цветения (прилива) не бывает. Но в период весеннего подледного цветения, когда перемешивание воды подо льдом слабое, концентрация водорослей (главным образом, перидиниевых) в прибрежных районах так велика, что вода приобретает бурую окраску, специфический запах (несвежего рыбьего жира), становится неприятной и даже непригодной для питья. Развитие большого количества перидиней чаще всего наблюдается в тех местах, куда поступает много органических веществ и биогенных элементов.
От нескольких микрометров до 2—3 мм; прикрепленные и полуприкрепленные водоросли — улотрикс, тетраспора, дранарнальдия — до 20—30 см. Высшие водные растения в Байкале практически отсутствуют, они произрастают лишь в заливах, укрытых от воли, и в дельтах pp. Селенги и В. Ангары. И только на глубине 5—10 м в очень немногих местах можно встретить заросли харовых водорослей. В редких местах на глубине 7— 10 м, где волнение не ощущается, растут рдест, уруть и водный лютик. Интенсивное развитие водорослей определяется достаточным количеством фосфатов, нитратов, а для диатомовых и силикатов (усвояемого кремния). Благоприятствуют росту водорослей также железо, медь и марганец. Диатомовые требовательны к железу, зеленые, наоборот, избегают избытка железа, но очень нуждаются в солях азота. Сине-зеленые появляются позже других, потому что зимуют в стадии спор, развиваются при более высокой температуре воды и обладают большой чувствительностью к токсичному для них марганцу. Возможно, что одной из мер борьбы с цветением сине-зеленых могли быть соли марганца. Лучше всего водоросли растут на хорошо прогреваемых мелководьях, куда проникает достаточно света. В открытых районах Байкала их росту способствует перемешивание воды и поступление в поверхностные слои питательных веществ при подъеме глубинных вод.
В открытом Байкале часто возникает недостаток питательных веществ, в первую очередь, фосфатов, нитратов и солей кремния. В таких условиях выживают приспособленные водоросли. Как известно, они впитывают нужные вещества всей своей поверхностью. Коэффициент усвоения питательных веществ тем выше, чем больше относительная поверхность водорослей. А это характерно для мелких одноклеточных организмов, поэтому, вероятно, в открытом Байкале, как и в океане, преобладают мелкие одноклеточные водоросли.
Продукция фитопланктона Байкала в среднем составляет 21 т/га, продукция рыб 42,5 кг/га, в том числе промысловых (омуль, сиг, хариус и др.) 1,5—2 кг/га, а продукция сельскохозяйственного пастбищного животноводства 300—350 кг/га.
Наиболее плодородные районы океана могут дать не более 10% сухого органического вещества, получаемого с такой же площади удобряемых сельскохозяйственных угодий. Следовательно, продуктивность Байкала примерно такая же, как и океана, но гораздо ниже, чем возделываемых сельскохозяйственных угодий. Причина в том, что в хорошей почве содержится в тысячи раз больше азота и фосфора и других питательных веществ, чем в воде.
Рыбопродуктивность Байкала (42,5 кг/га) составляет около 0,2%, а промысловых рыб 0,002%. По расчетам В. В. Бульона и Г. Г. Винберга, рыбопродуктивность по отношению к первичной продукции характеризуется так: в Мировом океане 0,01—0,02%, в озерах, водохранилищах и внутренних морях 0,1—0,3%, прудах 0,5—2%.
Для выращивания 1 кг молоди омуля нужно до 10 кг пастбищного зоопланктона — эпишуры. В свою очередь, для выращивания 1 кг эпишуры необходимо до 10 кг водорослей и бактериопланктона, то есть для выращивания 1 кг молоди омуля требуется до 100 кг фито- и бактериопланктона. Взрослый омуль питается хищным зоопланктоном — макрогектопусом. Для выращивания 1 кг этого рачка нужно около 10 кг эпишуры, которой он питается, или также до 100 кг бактерий и водорослей в пересчете на бактерио- и фитопланктон. Для выращивания 1 кг омуля в среднем необходимо 10 кг макрогектопуса. Следовательно, в пересчете на водоросли, для выращивания 1 кг омуля требуется 1000 кг фитопланктона. Но трофическая цепочка значительно сложнее, и рацион омуля состоит не только из пелагических рачков, но и из рыб (бычки, голомянки и др.), а эти рыбы питаются макрогектопусом. В таком случае на 1 кг омуля расходуется до 10 т первичной продукции, создаваемой фитопланктоном в Байкале.
Примерно такое же трофическое соотношение продуцируемых и потребляющих организмов в океане. Для производства 1 кг сельди, например, нужно 10 кг зоопланктона (хищного), для которого, в свою очередь, необходимо 100 кг фитопланктона. Более крупным и ценным породам рыб, таким как лосось, требуется для при-роста веса в 1 кг также 1000 кг фитопланктона и т. д.
В Байкале первичная продукция составляет, например, 2,1 т/га, а продукция промысловых рыб (омуля, хариуса и др.) в среднем 2—2,5 кг/га, то есть для выращивания 1 кг ценных промысловых рыб нужно около 10 т первичной продукции.
В естественных условиях питательные вещества в Байкале поступают с водами его притоков и при подъеме глубинных вод во время ветрового и циркуляционного перемешивания. При этом с глубинными водами в зону фотосинтеза выносится гораздо больше веществ, поэтому сама идея об искусственном их переносе представляется интересной. Впервые над этим вопросом задумались океанологи. Было высказано предложение установить на море компрессор с тем, чтобы он подавал на глубину сжатый воздух, который при свободном подъеме создавал восходящее движение воды. Предлагают также нагревать придонную воду с помощью ядерного реактора: теплая вода будет подниматься вверх, увлекая питательные вещества. Однако широкое практическое осуществление подобных предложений пока нереально, а для Байкала, по-видимому, и не нужно, так как он представляет собой бесценную сокровищницу самого большого на земле скопления высококачественных пресных вод. Их качество и чистота поддерживаются именно тем биокосным механизмом, который в нем существует в настоящее время.
Для диатомовых водорослей недостаток растворенного в воде кремния, для всех других, водорослей — фосфора, иногда азота и, может быть, микроэлементов. Ограничивают развитие отдельных видов фитопланктона, вероятно, и биологические взаимоотношения в сообществах организмов — способность одних видов, выделяя в окружающую среду продукты своей жизнедеятельности, подавлять развитие других. Такими свойствами обладают, например, сине-зеленые водоросли, грибы и др.
В процессе фотосинтеза фитопланктон утилизирует нитраты (биогенные элементы, фосфаты, силикаты и др.) и двуокись углерода. При их соединении синтезируется органическое вещество, то есть создается первичная продукция. Фитопланктон служит пищей для пастбищного зоопланктона и зообентоса, а они, в свою очередь, — для плотоядных организмов.
Многие животные, например устрицы, накапливают в своем теле медь, другие моллюски — никель, ракообразные — медь и др., морские бурые водоросли — йод и бром. Почти все растительные и животные организмы в разной степени накапливают радиоактивные элементы, ртуть и др.
Почти все растворенные в воде соли в разной степени используются водными организмами для питания. В районах повышенной биологической активности концентрация таких веществ, как фосфаты, нитраты, соединения кремния и др., может стать для данного водоема ниже нормы или достичь концентраций, равных аналитическому нулю, то есть стать практически полностью утилизированными. Разложение отмерших остатков растений и животных также может вызвать изменения химического состава воды. В первую очередь, это сказывается на содержании кислорода, изменении окисляемости и др.
Это наросты, образуемые живыми организмами и минеральными частицами на поверхности погруженных в воду предметов — например, подводных частей судов. Обрастания существуют как в морских водах, так и в пресных. Они бывают такими мощными, что приводят к замедлению скорости движения судов. В пресных водах самые активные обрастатели — моллюски дрейсена. Попадая в трубопроводы насосных станций, они часто вызывают значительные помехи в водоснабжении. Это особенно опасно для тепловых электростанций, где прекращение подачи воды может иметь тяжелые последствия. В Байкале обрастаний, подобных морским, нет. Нет и дрейсены, которая в настоящее время заполонила реки и водоемы европейской части нашей страны и упорно продвигается на север. Обрастания судов и подводных сооружений образуют, главным образом, водоросли (улотрикс), бактерии и простейшие. Однако даже эти, казалось бы, безобидные обрастания затрудняют работу гидрологических и гидрохимических приборов при длительном их нахождении в воде.
Морские водоросли используются уже давно и довольно широко в пище людей, в качестве корма для животных, как удобрение, как сырье для изготовления лекарств, а также в виде ингредиентов хлеба, пирожных, мясных консервов, мороженого, желе и различных эмульсий. До сих пор, например, не найден достойный заменитель морской водоросли анфельции для получения агар-агара. Йод можно добывать из недр земли, однако почты во всем мире его продолжают добывать из морских водорослей. В последнее время из водорослей начали извлекать, наряду со многими витаминами, биологически активные вещества, которые могут стимулировать функции различных органов и желез внутренней секреции у человека, поэтому их широко используют в медицине.
Пресноводные водоросли пока не получили такого широкого использования, как морские. В Институте гидробиологии Академии наук УССР разработан метод переработки и использования сине-зеленых водорослей: из них получают белковые добавки к корму животным, ароматические вещества для парфюмерии и др. В Байкале утилизация водорослей затруднена тем, что сбор их из-за разреженности связан с большими затратами.
Питательность водорослей сравнима с питательностью салатов — в них также содержится много углеводов. Водоросли богаты витаминами, среди которых бета-каротин (в организме превращается в витамин А), тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, витамин В12 витамины С и Д. В водорослях также содержатся все минеральные соли, необходимые для нормального роста организмов животных.
В пище водные растения используются в ограниченном количестве и, главным образом, добытые из морей и океанов (морская капуста и др.). Пресноводные водоросли пока не применяются. В будущем, вероятно, целесообразнее использовать животных, питающихся водорослями, чем сами водоросли, хотя они богаты протеином. Будут выращиваться отдельные культуры, например хлорелла, ее продукция использоваться в корм животным, в том числе рыбам и беспозвоночным, а последние употребляться в пищу людей.
Нейстоном называют совокупность организмов, обитающих в топком поверхностном слое воды, в том числе и прикрепленных к поверхностной ее пленке. Организмы, передвигающиеся по пленке воды сверху, называют эпинейстоном, а снизу — гипонейстоном. Нейстон составляют бактерии, простейшие, одноклеточные водоросли и другие мелкие организмы, а также личинки комаров, некоторые легочные моллюски, часто личинки и молодь рыб и других водных организмов. К нейстону в других водоемах относят также водяных клопов, водомерок, водяных клещиков (гидрахиид), жуков-вертячек, ветвисто-усых рачков (дафний), личинок стрекоз и др. Однако эти личинки в Байкале не живут и встречаются только случайно, попадая в озеро из рек и заливов. Первые сведения о нейстоне в Байкале получены Г. Ф. Мазеповой (1957). Она обнаружила его скопления в узком подледном слое воды 0—10 см.
Около восьми лет тому назад в Байкале начались исследования нейстона. Первые итоги работы показали, что численность организмов бактерионейстона на несколько порядков превышает их численность в приповерхностных слоях воды глубже 5 см от поверхности. Раньше считалось, что на поверхностной пленке воды вообще невозможно существование каких-либо организмов, так как они неминуемо должны погибать от сильного воздействия ультрафиолетовых лучей. Оказалось, что это не совсем так — не все организмы погибают под действием этих лучей. Исследования этой группы организмов продолжаются.
Пастбищный зоопланктон питается опускающимися на глубину после ослабления жизнедеятельности или от- мершими организмами фитопланктона и бактериопланктоном. Хищный зоопланктон потребляет в пищу, более мелкие организмы нехищного зоопланктона.
Планктонные водоросли и простейшие имеют форму тела, поверхность которого во много раз больше веса, они как бы уравновешены и обладают нулевой или близкой к ней плавучестью. У других организмов есть специальные наросты на теле, увеличивающие их поверхность и сопротивление при погружении. Часто планктонные водоросли имеют жировые капли, их удельный вес становится близким к единице, и они находятся во взвешенном состоянии.
Из растительных организмов больше всего диатомовых водорослей — 509 видов и разновидностей; из беспозвоночных животных — бокоплавов — 255 видов; из позвоночных организмов — голомянко-бычковых рыб — 29 видов.
Обычно течениями в водоеме и миграцией. Некоторые организмы зоопланктона днем находятся на глубине, ниже зоны фотосинтеза, а ночью поднимаются к поверхности. Обычно фитопланктон находится в освещенной зоне, но некоторые виды способны к миграции и на поверхность поднимаются днем. Происходит это пассивно: при фотосинтезе в организме накапливается жир и газы, которые способствуют всплытию, а в течение ночи, когда фотосинтез не идет, а происходит дыхание и расходование синтезированных веществ, они постепенно погружаются.
Животные совершают их следом за миграцией пищевых организмов, то есть это миграции пищевые. Например, эпишура и макрогектопус совершают ежесуточно вертикальные перемещения до 100 и более метров. Эпишура мигрирует следом за фитопланктоном, которым она питается; макрогектопус же питается главным образом эпишурой и поэтому совершает такие же миграции, но уже за эпишурой. Следом за макрогектопусом, как пищей для рыб, совершают миграции и рыбы и т. д. Пользуясь такими вертикальными миграциями, гидробиологи для лова эпишуры или макрогектопуса ставят свои вертикальные конусные сетки на глубине. И животные, опускаясь вглубь, попадают в эти ловушки. Таким образом, отпадает необходимость проводить для их сбора довольно трудоемкое траление, при котором нежные организмы очень сильно травмируются.
Из беспозвоночных организмов — эпишура и макрогектопус (более 90% всей биомассы), а из нектона— рыбы голомянки.
Цвет воды в озере под влиянием фитопланктона может изменяться только в период его цветения. В открытых районах Байкала в период, когда развитие водорослей слабое, цвет воды обычно темно-синий, а прозрачность очень большая. При больших концентрациях планктона цвет воды становится желто-зеленым. Обычно в местах, где происходит массовое развитие водорослей, приурочено скопление организмов зоопланктона, которые также вносят свои оттенки в цвет воды.
В пищу планктонные организмы используются уже давно, особенно широко креветки. Но может ли жить человек только па планктонной диете? Опыты с крысами показали, что они могут жить длительное время на планктоне и зерно, но не на одном планктоне. Вероятно, продукцию планктона можно использовать в пищу животным и человеку в виде добавок к привычному рациону. Кратковременное выживание человека, оказавшегося в критической ситуации (морские катастрофы) и питающегося только планктоном, возможно. Известный, французский врач Аллен Бомбар подверг себя испытанию и доказал, что потерпевший кораблекрушение в океане а лишенный воды и привычной пищи человек может и в течение длительного времени жить, питаясь только сырым планктоном. У А. Бомбара нашлось немало последователей.
Планктонные организмы, слишком рассеяны в водоеме за исключением криля, (море, озеро). В Байкале,
например, даже в урожайные годы, в 1 м3 содержится 0,1 г сухого вещества планктона, то есть для получения 1 кг сухого вещества понадобится профильтровать около 10 тыс. м3 воды. Стоимость планктонной пищи оказалась бы во много раз выше стоимости мяса. Кроме того, некоторые из планктонных организмов несъедобны и даже ядовиты, например, сине-зеленые водоросли.
Гидробиологи отмечают весну в Байкале (март — апрель.), когда под ледяным покровом происходит массовое развитие планктонных водорослей — весеннее цветение. После вскрытия озера ото льда и прогрева воды наступает летнее развитие организмов (август — сентябрь). Разграничительным периодом весны и лета является весенне-летняя гомотермия (июнь — начало июля). Осенью угасает развитие фитопланктона, но продолжает развиваться зоопланктон, происходит нерест промысловых рыб (омуля). Лето от осени отделяет период осенней гомотермии. Зима наступает с замерзанием мелководных участков озера, заливов, а затем и всего озера. В глубинных слоях температура воды по сезонам не меняется, но отголоски времен года ощущаются по изменению количества поступающего сверху корма и кислорода.
Энциклопедии городов | Энциклопедии районов | Эти дни в истории | Все карты | Всё видео | Авторы Иркипедии | Источники Иркипедии | Материалы по датам создания | Кто, где и когда родился | Кто, где, и когда умер (похоронен) | Жизнь и деятельность связана с этими местами | Кто и где учился | Представители профессий | Кто какими наградами, титулами и званиями обладает | Кто и где работал | Кто и чем руководил | Представители отдельных категорий людей
