Содержание
Введение
Предмет, метод и задачи гидробиологии
Основные принципы и понятия гидробиологии
История возникновения и развития гидробиологии
Возможно вы искали - Реферат: Основные принципы учения Дарвина об эволюции
Основные факторы абиотической среды водного населения и их экологическое значение
Физико-химические свойства воды и грунта
ВВЕДЕНИЕ
Население Земли, образующее вместе с субстратом, в котором оно обитает, биосферу нашей планеты, сконцентрировано в газообразной оболочке — атмосфере, твердой — литосфере и жидкой — гидросфере, причем последняя представляет собой наиболее широкую арену жизни. Из общей площади поверхности нашей планеты, равной приблизительно 510 млн. /еж2 , около 362 млн. км2 , т. е. более 70,5%, приходится на долю водного зеркала, а если принять во внимание и подземные воды, распространенные почти повсеместно, то окажется, что водная оболочка практически покрывает всю Землю. Кроме того, в отличие от атмосферы и литосферы гидросфера заселена во всей своей толще, часто измеряемой сотнями и тысячами метров.
Население гидросферы, или гидробиос, представленное водными организмами, или гидробионтами, их популяциями и сообществами, играет в жизни человека чрезвычайно важную роль, непрерывно возрастающую по мере освоения водоемов. Одни из гидробионтов широко используются промыслом или полезны в иных отношениях, другие приносят вред, будучи патогенными для человека и домашних животных или создавая помехи народному хозяйству, в частности водоснабжению, судоходству и эксплуатации гидротехнических сооружений. Поэтому по мере освоения пресных и морских водоемов все более необходимым становилось изучение их населения с целью повышения его положительной и снижения отрицательной роли в жизни человека. Задачу такого изучения населения водоемов взяла на себя возникшая в конце прошлого века наука гидробиология
Похожий материал - Реферат: Основные проблемы генетики и роль воспризводства в развитии живого
Предмет, метод и задачи гидробиологии
В настоящее время гидробиологию наиболее принято рассматривать как науку, изучающую жизнь в гидросфере в экологическом плане. Выделение гидробиологии в самостоятельную дисциплину обусловлено особенностями водной среды, накладывающей характерный отпечаток на жизнь ее обитателей, а также необходимостью применения в отношении водного населения приемов экологического изучения, отличающихся от тех, какие используются на суше.
Будучи наукой экологической, гидробиология изучает водное население в единстве с его средой, как живой компонент «блоков» биосферы— биогеоценозов, или экосистем. На первых этапах своего существования гидробиология наибольшее внимание уделяла экологическому изучению отдельных организмов. Такое аутоэкологи-ческое направление сохранилось и в современной гидробиологии, но уже занимает подчиненное положение. На первый план выдвинулись демэкологические и синэкологические исследования, т. е. изучение популяций гидробионтов и гидробиоценозов как целостных систем, как надорганизменных форм живой материи, обладающих определенной структурой, функциями и характером взаимодействия с окружающей средой.
Применительно к отдельным организмам гидробиология ограничивается изучением их взаимодействия с окружающей средой, т. е. выяснением их функциональной роли в природе без анализа морфологии и физиологии самих организмов, (поскольку этим занимаются специальные науки. Иной подход потребовался к демэко-логическим и синэкологическим исследованиям, поскольку специальных наук, изучающих морфологию и физиологию надорганизменных систем, нет. Поэтому при демэкологических и синэкологических исследованиях гидробиологи должны изучать не только функциональную роль популяций и биоценозов в природе, но также выяснять их структуру и внутрисистемные взаимосвязи. Недостаточная изученность надорганизменных систем связана с тем, что концепция иерархии уровней организации живой материи, представляющая собой крупнейшее завоевание современной биологии, довольно четко сформировалась только в самое последнее время. Вместе с тем сейчас стало совершенно ясно, что главный путь к управлению живой природой лежит через познание закономерностей существования и взаимодействия надорганизменных систем, для чего необходимо их изучение в структурном и функциональном отношениях. По этой причине оно стало центральной задачей современной экологии и соответственно гидробиологии. Однако не исчезла необходимость и экологического изучения отдельных организмов как компонентов более сложных биологических систем. Это тем более справедливо, что новые концепции в экологии, связанные с изучением надорганизменных систем, потребовали , для своей конкретизации много таких сведений аутоэкологического характера, на получение которых раньше, да изучения популяций и биоценозов, не обращалось достаточного внимания.
Гидробиология изучает в биологическом аспекте тот участок биосферы, который лежит в пределах водной оболочки Земли и может быть назван гидробиосферой. Познание гидробиосферы во всей полноте — задача не только гидробиологии, но и таких наук, как гидрохимия, гидрофизика, гидрография, гидрология и ряда других. Точно так же нельзя считать задачей гидробиологии всестороннее изучение водных биогеоценозов, так как биолог по уровню своей подготовки не может квалифицированно заниматься исследованием мертвого субстрата и его изменений под воздействием живой природы. Комплексное изучение экосистем как блоков биосферы представляет собой задачу особой науки — биогеоценологии. Вместе с тем гидробиолог не изучает организмы, популяции и биоценозы в отрыве от абиотического окружения, а исследует их в рахмках экосистем как часть последних с учетом всех их особенностей. Как орган тела немыслим вне организма, так нельзя представить себе организм вне популяции, последнюю — вне биоценоза, который в свою очередь не может существовать вне экосистемы. С другой стороны, единство природы, в том числе живой и мертвой, делает крайне широким фронт ее изучения, который не может удерживаться и эффективно продвигаться вперед силами одной науки. Отсюда понятна необходимость ограничения задач гидробиологии изучением водных организмов, их популяций и биоценозов в рамках экосистем. Познание абиотических компонентов гидробиосферы, закономерностей их существования и трансформации — задача наук не биологических.
Очень интересно - Контрольная работа: Основные проблемы цитологии и роль клетки в развитии живого
Изучая население гидросферы, гидробиолог в первую очередь интересуется тем, как сделать пользу от него наибольшей, а вред — наименьшим или, другими словами, разрабатывает научные основы биологически рационального пользования водоемами гидросферы. Другая плоскость использования гидробиологических знаний — научное обоснование прогнозов возможных изменений состояния биологических параметров гидросферы, без чего немыслимо перспективное планирование эксплуатации водоемов. Третье направление практического использования результатов гидробиологических исследований представляют собой работа по регулированию состава и численности водного населения, работа по активной перестройке фауны и флоры водоемов в интересах человека, а также охрана водных экосистем от нежелательных воздействий, угроза которых непрерывно возрастает параллельно развитию цивилизации.
Специфический метод гидробиологии как науки экологической состоит прежде всего в количественном учете населения водоемов, его структуры и функциональной роли отдельных видов в биоценозах. Применительно к отдельным организмам количественный учет позволяет составить представление об их аутоэкологических особенностях. Например, на основании различия в численности особей на смежных участках разного грунта нередко можно судить о том, какому из них организмы отдают предпочтение, т. е. какой из них в наибольшей степени удовлетворяет их жизненные потребности. Аналогичным путем можно, используя результаты количественного учета гидробионтов, выяснить их отношение к другим элементам своего окружения. Определяя численность и биомассу (суммарный вес) особей, встречающихся в изучаемом участке водоема, судят о структуре популяций и биоценозов, их динамике во времени и пространстве. Подводные телевидение, фотографирование и эхолокация, а также визуальные наблюдения, выполняемые с помощью аквалангов, подводных лодок и батискафов, дополняют арсенал средств, с помощью которых получают представление о структуре популяций и биоценозов водных организмов.
Для оценки функциональной роли водного населения в природе в гидробиологии весьма часто используется энергетический принцип. С этой целью определяют количество энергии, поступающей на вход живых систем, рассеиваемой ими в процессе жизнедеятельности и накапливаемой в образуемом органическом веществе. Учет мощности энергопотока, проходящего через организмы, популяции и биоценозы, основывается на использовании многих биохимических, биофизических, физиологических и других методов (определение величины фотосинтеза, дыхания, калорийности органического вещества, темпа и характера его деструкции, трансформации энергии в процессе питания и др.)- Современные средства математического анализа, включая электронносчетную технику, используются для создания схем, моделирующих основные процессы, протекающие в популяциях и биоценозах гидробионтов.
Конечная практическая задача гидробиологии сводится к нахождению тех форм отношения людей к населению гидросферы, при которых польза от последнего была бы наибольшей, а вред — наименьшим. Прежде всего это связано с повышением биологической продуктивности водоемов, получением из них наибольшего количества биологического сырья, в частности используемого для обеспечения людей пищей. Вторая не менее важная задача гидробиологии состоит в поиске мер обеспечения людей чистой водой, поскольку потребность в ней с ростом цивилизации непрерывно увеличивается, а имеющиеся природные запасы истощаются, особенно в результате загрязнения водоемов. Немаловажное значение имеет гидробиология в разработке биологических основ борьбы с водными организмами, создающими помехи в навигации, промышленности, сельском хозяйстве, а также вредными в медицинском или ветеринарном отношениях. Гидробиологи принимают участие в проектировании искусственных водных экосистем, используемых для обеспечения людей кислородом и пищей в космических кораблях и создаваемых для очистки питьевых и сточных вод, или в некоторых других целях.
В соответствии с необходимостью решения того или иного вопроса в гидробиологии сформировались отдельные, хорошо отграничивающиеся друг от друга направления. Продукционная гидробиология изыскивает пути получения устойчивых высоких урожаев биологического сырья с водных угодий, пути расширенного воспроизводства сырьевой базы промысла и биологически рациональной организации последнего. Санитарная гидробиология изучает процессы загрязнения и самоочищения водоемов, токсическое действие отдельных веществ на гидробионтов, их популяции и биоценозы, (водная токсикология) биологические основы водоснабжения и очистки сточных вод, меры борьбы с цветением и зарастанием водоемов. Изучением создаваемых гидробиосом помех при эксплуатации различных гидротехнических сооружений, промышленных установок и водоводов занимается техническая гидробиология. Навигационная гидробиология решает круг проблем, связанных с мореплаванием. Задача сельскохозяйственной гидробиологии сводится к выяснению роли и регуляции водного населения на участках возделывания полуводных культур, в частности риса. Особое медико-ветеринарное направление в гидробиологии сложилось в связи с необходимостью снижения численности гидробионтов, имеющих патогенное или паразитологическое значение, — переносчиков малярии, промежуточных хозяев различных гельминтов, личинок ряда кровососов (комаров, мошек) и др.
Вам будет интересно - Реферат: Основные путешествия П.К. Козлова
В последнее время в гидробиологии стало развиваться направление, связанное с космонавтикой, которое разрабатывает проблему обеспечения космонавтов кислородом и пищей за счет культивирования водорослей в биологических реакторах с самонастраивающимся или протекающим по определенной программе режимом.
Специфические объекты, метод и задачи исследования хорошо отграничивают гидробиологию от других смежных с нею дисциплин, но вместе с тем она тесно контактирует с ними. На аутоэколо-гической ступени своих исследований гидробиология в первую очередь опирается на данные таких наук, как систематика, морфология, физиология, которые в свою очередь не могут успешно развиваться в отрыве от экологии водных организмов. Популяции и биоценозы водных организмов изучают в тесном контакте с гидрологическими науками, в частности с океанологией, лимнологией1 ( Птпе — озеро), потамологией (ро1атоз — река) и гидрогеологией, соответственно занимающихся исследованием морей, озер, рек и подземных вод комплексно, со всех точек зрения, в том числе и в биологическом аспекте. Гидрология заимствует у гидробиологии сведения, необходимые для объяснения массовых явлений, проходящих в водоеме с участием его населения. Гидробиология пользуется данными гидрологии о состоянии абиотической среды при изучении закономерностей существования гидробионтов, их популяций и биоценозов. Исследуя водные биоценозы в рамках экосистем, гидробиология сближается с геохимией и биогеоценологией, изучающей жизнь и ее проявления в биосфере. Геохимическая характеристика круговорота веществ в природе и данные о структуре биосферы помогают гидробиологии правильнее понять закономерности существования биоценозов, знание функциональной роли которых в природе в свою очередь необходимо для развития геохимии и биогеоценологии. Поскольку современная жизнь выдвигает задачу комплексного хозяйственного использования водоемов как национального богатства, гидробиологам необходимо контактировать в своей работе с представителями самых разнообразных учреждений (инженерных, экономических, санитарных и др.).
Основные принципы и понятия гидробиологии
Гидробиология как наука экологическая прежде всего исходит из представления о том, что организмы и другие живые системы не могут существовать без окружающего их внешнего мира, в то время как последний остается объективной реальностью вне зависимости от присутствия или отсутствия в нем тех или иных живых тел.
Среда — это совокупность тех элементов внешнего мира, с-которыми особи вида связаны прямыми приспособительными отношениями. Например, растворенный в воде кислород — элемент среды рыб, адаптированных к его потреблению, но не водных млекопитающих, хотя косвенно влияет на них. Из большого числа природных тел и явлений, составляющих внешний мир, только некоторая их часть образует среду особей того или иного вида. Среда организмов двух или нескольких видов может совпадать или различаться в неодинаковой степени. То же самое справедливо в отношении среды одного организма на разных стадиях развития. В случае исчезновения из водоема организмов он перестает быть для них средой. Вместе с тем водоем может рассматриваться в качестве возможной среды для отсутствующих в нем организмов, в частности тех, которые предполагаются в качестве объектов акклиматизации. Зная жизненные потребности акклиматизируемых организмов и свойства водоема, можно составить правильное представление о последнем как благоприятной или неблагоприятной среде для предполагаемых к вселению гидробионтов. Следует отметить, что многие экологи понимают под средой все элементы внешнего мира, прямо или косвенно влияющие на организм.
Похожий материал - Курсовая работа: Основные свойства цитоплазмы
Элементы среды, оказывающие то или иное непосредственное влияние на существование населения, называются факторами воздействия, или просто факторами. По своей природе они могут быть разделены на абиотические — физико-химические воздействия мертвой среды, биотические — воздействия одних элементов населения на другие и антропогенные — влияния человека на живую природу (как сознательные, так и невольные), сопутствующие развитию цивилизации. В одних случаях факторы среды могут иметь небольшую амплитуду изменчивости (например, температура, соленость и плотность воды морских глубин), в других — значительно большую (те же самые свойства морской воды, но не в глубине, а у поверхности).
Различные виды могут существовать только в определенном пределе изменчивости отдельных элементов среды. Амплитуда колебаний фактора, которую может выдерживать вид, называется его экологической валентностью. Формы с широкой экологической валентностью обозначаются как зврибионтные, с узкой —как стеио-бионтные (еигуз — широкий, з1епо5 — узкий). Примером стеноби-онтных форм могут служить мадрепоровые кораллы, обитающие только в морях на твердых грунтах при температуре не ниже 20° С и не выносящие даже легкого опреснения воды. В качестве эври-бионтного вида можно назвать корненожку СурНоЛепа атриИа, которая встречается в морях, засоленных болотах и пресных водоемах, в теплых и холодных озерах. Виды с очень высокой степенью эврибионтности, вроде только что указанной корненожки, называются убиквистами (иЪ'щие — везде).
Степень экологической валентности вида можно оценивать не только в отношении широкого комплекса факторов (эври- или сте-нобионтность), но и применительно к каждому из них в отдельности, добавляя к названию соответствующего фактора греческое «эври» или «стено». Например, голотурия Е1рШ1а §1аыаИз, не встречающаяся в воде с температурой выше 1°С, представляет собой стенотермную форму, а упоминавшаяся корненожка С. атриИа — эвритермную (Шегтоз — тепло).
Виды, стенобионтные в отношении какого-то фактора, существуют при его высоких или низких абсолютных значениях. Если они нуждаются в высоких значениях какого-то фактора, то к русскому названию последнего добавляется «любивый», а к греческому — «фильный» (Шео — люблю), и таким образом полученным термином характеризуется экологический облик организмов. Например, стенотермные формы, обитающие в теплых водах, будут называться теплолюбивыми, или термофильными, в холодных — холодолю-бивыми, или криофильными (кпоз— холод). Если особи вида избегают высоких значений фактора, то это обозначается термином, образованным из названия данного фактора с добавлением греческого «фобный» (!оЬоз — боязнь). Например, формы, не терпящие заметного осолонения воды, будут называться галофобными {^а1з— соль). Иногда используется другая терминология: виды, обитающие в условиях высокой выраженности данного фактора, называются его бионтами. Так, формы, населяющие соленые воды, называются галобионтами, обитающие на течении, — реобионтами (гео — теку) и т. п.