Распределение планктона от поверхности до дна

Наибольшую часть Мирового океана составляют так называемые абиссальные глубины, то есть глубины свыше 3 тыс. м. В отдельных местах даже на такой глубине дно океана имеет большие впадины и каньоны. Сейчас известна максимальная глубина Мирового океана, равная 11 тыс. м. Это Марианская впадина у берегов Филиппинских островов.

Возможна ли и какова жизнь на такой колоссальной глубине?

В 1954 году группа французских ученых погрузилась в батискафе на глубину четыре тысячи пятьдесят метров в Атлантическом океане. Среди них был знаменитый исследователь подводного "мира безмолвия" Жак Ив Кусто. Вот что удалось увидеть Кусто при спуске в эту впадину. С помощью подводных прожекторов из батискафа можно было заметить рои крохотных животных. Кусто называл их "супом" или "снежинками". "Большинство "снежинок" были ракообразные - копеподы. Попадались личинки, крохотные икринки, прозрачные комочки. В иллюминатор Кусто видел подвижных стреловидных червей, различал внутри их прозрачного тела "скелет". Луч прожектора ловил серебристых рыб, которые отражали свет, словно окна на закате. Вообще огни привлекали всевозможных животных: проплывали тучи креветок, пульсировали небольшие изящные медузы, нежно-голубые или оранжевые на черном фоне воды.

Можно было видеть сложные колонии сифонофор, которые собираются в запутанные шнуры... От этих удивительных животных протягивались опаснейшие щупальца. А за иллюминатором вниз головой, точно йоги, висели какие-то неведомые продолговатые рыбы"^*.

^* (Джемс Даген. Капитан Кусто. Гидрометиздат, Л., 1966.)

Чем глубже опускался батискаф, тем гуще становился "суп". Появились кальмары и какие-то другие крупные рыбы.

В 1960 году Жак Пикар и Дон Уолш достигли в батискафе "Триест" дна Марианской впадины на глубине 10919 м. Погружение производилось с большой скоростью, исключающей наблюдение при опускании. Вот как описывает проф. О. Пикар то, что удалось смельчакам увидеть на такой глубине:

"Это был мировой рекорд глубины, достигнутый человеком. Данный рекорд невозможно побить... И вдруг в луче прожектора появилась рыба. Рыба была плоская, серебристого цвета, длиной около 30 сантиметров. Затем исследователи увидели креветку красного цвета. Да, в неподходящих, с нашей точки зрения, условиях живут эти существа - 1100 атмосфер давления! 20 минут находился батискаф на дне; Пикар и Уолш сильно продрогли, температура воды за стеками гондолы была +3,4°С"^*.

^* (Пикар. На глубину морей в батискафе. Судпромгиз, Л., 1961.)

Естественно, что мелкий планктон трудно наблюдать сквозь стекла иллюминатора, поскольку он почти неразличим простым глазом. Чтобы судить о том, есть ли планктон на больших глубинах, каков он по составу и какова численность организмов, используются специальные планктонные сети, сквозь которые процеживают столб воды определенного диаметра. Все живые существа из этого столба воды задерживаются сетью и собираются в металлический стаканчик, подвешенный на конце сети.

Распределение биомассы планктона (мг/м³) в Тихом океане (по Виноградову М. Е.)

Советское экспедиционное судно "Витязь" с 1953 года проводит исследование океанического глубоководного планктона. Планктонные сети опускались, например, в Тихом океане на глубину 9 тыс. м. И везде уловы приносили какое-то количество планктонных организмов. С увеличением глубины количество планктеров в объеме воды уменьшается. Например, в Курило-Камчатской впадине вес планктонных организмов в слое 4-8 тыс. м в 160 раз меньше, чем в поверхностном слое от 0 до 500 м.

Интересно, что количество глубоководного планктона зависит от количества поверхностного. Если в верхних слоях моря планктона много, то организмы, живущие глубже, получают, видимо, за счет падающих сверху трупов, больше пищи и способны сами развиться в больших количествах. В тропической части Тихого океана, например, планктонное население сравнительно бедно, особенно в глубинных водах. Только небольшой слой поверхностных вод (до 300 м) богат планктоном. По мере продвижения на север или юг от тропической области, богатой планктоном, жизнь постепенно углубляется, что приводит к значительному увеличению планктонных организмов и на больших глубинах.

Итак, на самых больших глубинах в океане существует жизнь, несмотря на колоссальное давление воды, низкую температуру и полное отсутствие солнечного света.

Продолжительность жизни у мельчайших планктонных организмов сравнительно невелика. Зависит она от разнообразных условий: сезона года, географической широты, на которой расположен данный водоем, количества пищи, присутствия хищников и пр. Тем не менее, можно сказать (на примере Черного моря), что веслоногие рачки живут примерно год, ветвистоусые - до одного месяца, червь-стрелка сагитта и хвостатая асцидия - ойкоплеура - до двух месяцев. Небольшая продолжительность жизни планктеров при сравнительно большом их количестве в море приводит к тому, что масса мертвых тел постепенно опускается из верхних слоев моря в нижние, что дало основание назвать их "дождем трупов".

Часть отмерших планктонных организмов, падая вниз, может также потребляться в пищу, другая, - опускаясь на большие глубины, достигает дна. Там, в глубинах океана, создается дополнительный источник питания для глубоководных животных как планктонных, так и донных. Тела отмерших организмов, падающие изо дня в день, из года в год, образуют на дне огромные залежи. В некоторых южных морях, где в планктоне развивается большое количество мелких одноклеточных организмов - радиолярий и фораминифер, которые имеют скелет из извести или кремния, - донные отложения почти полностью состоят из скелетов этих животных.

Как же распределены в море или океане все эти мельчайшие организмы? Равномерно или скоплениями?

Морская вода, а вместе с ней и планктонные организмы находятся в постоянном движении. Волны и течения переносят их на огромные расстояния, перемещают на большую глубину и, казалось, что планктон должен быть распределен в море равномерно. Тем не менее, такой равномерности не наблюдается, так как живые организмы иногда образуют различные, более или менее постоянные скопления.

В море часто наблюдаются постоянные или временные течения, перемещающие водные массы в различных направлениях. Течения по часовой стрелке гидрологи называют антициклонными. Круговые течения способствуют движению всех взвешенных частиц этом направлении. Малоподвижные планктонные организмы не могут противодействовать этому течению, поэтому они чаще всего собираются в значительных количествах в центре круга. Примером может служить встречающийся в Черном море в больших количествах ветвистоусый рачок пенилия (Penilia avirostris), которому свойствен высокий темп размножения. Пенилия через 3-4 дня становится взрослой и вынашивает в выводковой камере на спине 8-10 зародышей, которые за 1,5 суток успевают развиться из яйца до способного к самостоятельной жизни животного. При таком темпе размножения, собранные в каком-то ограниченном месте, сто пенилий могут воспроизвести за пять дней до 13 тыс. молодых животных.

Такие временные скопления могут образовывать и многие другие планктонные организмы.

Неравномерное распределение планктона в толще воды может обуславливаться и рядом других причин. Так, например, особые, отличные от более глубоких слоев, условия освещения, солености и количества пищи в приповерхностном слое воды в море дают возможность планктерам как животным, так и растительным развиваться здесь в больших количествах, образуя так называемый гипонейстон. Этот гипонейстонный слой очень тонок - 2-10 см ниже поверхностной пленки воды и своеобразен по видовому составу населяющих его организмов.

Исследования последних лет позволили обнаружить массу интереснейших особенностей в жизни этого сообщества. Здесь могут жить организмы, которые не боятся яркого солнечного света. Некоторые рачки понтеллиды, живя в этих условиях, приобрели яркую сине-зеленую окраску тела, что спасает их от перегревания. Масса своеобразных бактерий, простейших животных и растений, живущих под поверхностной пленкой воды, развивается там в огромных количествах за счет очень обильной пищи. Чем же обусловлено обилие пищи в этом слое?

Дело в том, что верхние слои воды интенсивно перемешиваются течениями и ветром. При таком перемешивании воды образуются мириады воздушных пузырьков, которые, будучи более легкими чем вода, стремятся вверх. На этих пузырьках оседают молекулы растворенного в воде органического вещества; пузырьки, поднявшись на поверхность моря, образуют хлопья морской пены. Иногда это органическое вещество скапливается в виде комочков-агрегатов, пищевая ценность которых очень высока. Советскими учеными сейчас установлено благотворное действие морской пены на процессы роста и размножения организмов, что, возможно, также является причиной бурного развития гипонейстонных организмов.

Опускаясь от поверхности в глубину, почти всегда в любом море можно обнаружить слои воды, отличающиеся от прочих температурой, соленостью или плотностью. Для многих организмов такие слои воды являются непроходимой преградой, и, доходя до нее, животные и растения невольно задерживаются и скапливаются над или под таким слоем в значительных количествах.

Такие скопления в толще воды встречаются в разных местах. Скопления мелких организмов привлекают более крупных животных которые ими питаются, а крупные планктеры - излюбленная пища многих видов рыб и их личинок.

Слой воды, прилегающий ко дну, тоже отличается от прочих большим количеством планктонных организмов. Но состав планктона несколько иной. Добавляется большое количество личинок разнообразных животных, живущих на дне моря. Дело в том, что из яиц многих донных животных вылупляются маленькие личинки, совсем не приспособленные к жизни на дне моря. Они не похожи на своих родителей, ведут планктонный образ жизни, и должно пройти какое-то время, прежде чем из таких причудливых существ вырастет морской желудь, краб или голотурия. Так как эти личинки совершенно беззащитны от планктонных хищников и могут быть отнесены волнами и течением в очень отдаленные районы с неблагоприятными условиями, донные животные выпускают необычайно большое число яиц, из которых лишь небольшая часть выживает. С другой стороны, благодаря переносу планктонных личинок морскими течениями на большие расстояния и совершается расселение донных животных на новых территориях.

Как мы видели, планктону свойственны определенные законы распределения и от поверхности до дна, и в различных местах земного шара. Планктон живет своей жизнью.

В какой же степени морские невидимки зависят от изменения температуры в течение года? Зима и лето во многих районах очень существенно отличаются по температуре воздуха. Температура воды изменяется значительно медленнее, поэтому смена времен года в морской воде происходит постепенно. Тем не менее, в море существуют весна, лето, осень и зима. Каждый сезон отличается от другого интенсивностью солнечного освещения, температурой воды, количеством выпадающих в море дождей или снега, притоком речных вод, количеством штормовых дней и т. д. Оказывается, все эти изменения условий "чувствуют" и планктонные организмы. Одни водоросли, например, развиваются в больших количествах только в весеннее время, другие - в осеннее, причем, чаще всего происходит постепенная смена одного вида другим.

Во многих водоемах наблюдается так называемое цветение воды, когда какой-то один вид водорослей размножается в таких колоссальных количествах, что подавляет не только все прочие виды растительных, но часто оказывает губительное действие и на животные организмы. Затем наступает "очередь" другого вида. Такого рода вспышки в развитии планктонных водорослей наблюдаются весной, летом и осенью (но это всегда разные виды). Явление массового развития также наблюдается среди планктонных животных, но выражено оно значительно слабее, чем у водорослей. Планктонные животные развиваются в какое-то определенное время, чаще всего весной и летом. Например, ветвистоусые рачки, родичи известной пресноводной дафнии, живут и размножаются только в теплое время года. С наступлением холодов у них образуются покоящиеся яйца, которые переносят неблагоприятные условия зимнего времени; сами рачки погибают. У веслоногих рачков массовая откладка яиц и их развитие происходят в определенное для каждого вида время года.

Аналогично временам года на суше и в водоемах, в зависимости от того, на какой географической широте они расположены, наблюдаются свои биологические сезоны разной продолжительности. Например, в Ирландском море зима длится с ноября по февраль, лето - с июля по август, тогда как в Черном море зима - с декабря по март, лето - с середины мая по сентябрь.

Смену планктонных организмов по сезонам года можно показать на примере Черного моря. В зимнее время во всей толще воды пышно развиваются организмы холодолюбивые, которые хорошо переносят низкие температуры и все превратности погоды, свойственные зимнему времени. Из водорослей это несколько видов диатомовых, церациевые водоросли, различные медузы (крупные и мелкие), уже известный нам гребневик и несколько видов веслоногих рачков. Часто в зимнем планктоне попадается икра рыб и хвостатая асцидия.

В теплое время года холодолюбивые организмы уходят в более глубокие и холодные слои воды, а в теплых верхних слоях развиваются теплолюбивые планктеры. В больших количествах размножаются жгутиковые водоросли, панцирные и беспанцирные, некоторые виды диатомовых и крупные малоподвижные ночесветки. Ветвистоусые рачки местами развиваются в таких колоссальных количествах, что вытесняют из планктона все прочие виды. Из веслоногих рачков приобретают первостепенное значение другие виды. Летом в планктоне много и разнообразных личинок донных организмов - моллюсков и ракообразных. Как видим, и по качественному составу организмов и по их количеству летний и зимний планктон значительно отличаются, что дает основания по наличию тех или иных характерных организмов в планктоне говорить о наступлении определенного сезона года в водоеме.

Движение организмов планктона. Перемещения планктонных организмов происходят не только пассивно, с помощью течений воды, как говорилось ранее, но и благодаря собственному активному движению. Среди водорослей самостоятельным движением обладают, в основном, те, которые имеют в качестве органа передвижения жгутики. Это, как правило, очень мелкие клеточки овальной формы с одним или несколькими жгутами. Вращение этих жгутов и дает им возможность двигаться вперед. Даже когда нет движения вперед, клетка продолжает вращаться вокруг собственной оси. Такое постоянное движение связано, вероятно, с необходимостью поддерживать определенную плавучесть и не погружаться в направлении ко дну.

Жгутиковые водоросли необычайно интересны своей двойственной природой: с одной стороны, с помощью света они образуют органическое вещество, что свойственно только растительным организмам, с другой - активно двигаются подобно животным. Их можно назвать растениями-животными и отнести к организмам, стоящим на грани растительного и животного мира. Большинство водорослей, как правило, передвигаются только пассивно, вместе с водой. И все-таки некоторые водоросли (диатомовые, например) приспособились перемещаться, правда, довольно медленно, по типу реактивного двигателя: клетка вырабатывает особое слизистое вещество, которое с силой выталкивается, заставляя ее двигаться.

Скорость и формы движения планктонных животных очень разнообразны. Ракообразные двигаются с помощью ударов брюшных ножек и резких взмахов антенн и хвоста, они плавно скользят по воде или делают резкие скачки в стороны. Червь-стрелка (сагитта) передвигается с помощью изгибов тела и быстрых колебаний хвостовой части. Своеобразно двигаются медузы: сильными сокращениями куполообразного тела они выталкивают воду, находящуюся под куполом, чем создается скачкообразное передвижение.

Различные формы приспособлений к планктонному образу жизни: 1 - щетинки (веслоногий рачок); 2 - щупальца, плавучий домик (физалия); 3 - веерообразные выросты (пелаготурия); 4 - домик аппендикулярии

Направленное движение планктеров в некоторых случаях не может противодействовать токам и течениям воды, тогда они полностью оправдывают свое название, ибо планктон по-гречески означает "блуждающий". Однако есть животные, которые двигается с такой большой скоростью, что можно предположить их полную независимость от морских течений. Это упоминавшиеся черви-стрелки, крупные рачки, относящиеся к группе эуфаузиевых и мизидовых.

Движение планктонных организмов в значительной степени стимулируется такими факторами, как солнечный свет, тепло или холод. Большинство организмов старается уйти от яркого солнечного света. Некоторые же, как правило, летние формы, света не боятся и даже предпочитают уходить из затененных мест в более освещенные. То же самое наблюдается и в отношении к температуре воды: холодолюбивые организмы стремятся в слои и районы с более холодной водой, теплолюбивые - с более теплой. Поэтому сезонные изменения в интенсивности освещения и температуры воды вызывают активное перемещение планктонных организмов.

Способность достаточно быстро плавать помогает планктонным животным в поисках подводных пастбищ и мест активной и удачной охоты, часто спасает от хищных преследователей.

Следует отметить еще одну характерную особенность планктонных организмов, а именно: перемещение их то вверх (к поверхности), то вниз (на глубину) в течение суток. Это явление получило название суточных вертикальных миграций. В верхних слоях моря днем, особенно летом, планктона содержится очень мало. Чтобы выловить более или менее значительные количества планктонных организмов в это время, необходимо опустить сеть по меньшей мере на 20-30 метров. Следовательно, морские невидимки, как правило, боятся солнечного света и стараются уйти от его губительных лучей. Постепенно, с уменьшением яркости солнечного освещения, количество планктона в верхних слоях увеличивается, так как почти все планктонные организмы поднимаются к поверхности.

Чем же можно объяснить подъем планктона? Как показали исследования, в верхних слоях скапливается большое количество мелкого фитопланктона. На эти "поля" и стремятся животные из глубоких слоев воды. Всю ночь планктонные организмы активно питаются. С восходом солнца происходит обратное их перемещение в нижние слои.

Артемия - рачок из пересоленных водоемов и его пища - водоросль дуналиелла

Причины ухода планктонных организмов в более глубокие и менее освещенные слои пока еще окончательно не выяснены. Существовала точка зрения, что в светлое время мелкие животные более видимы для хищников, поэтому и выработалась у них привычка уходить на глубину. Однако и многие хищники поднимаются вверх тоже в ночное время. Так что если причина ухода планктонных организмов в глубь - спасение от хищников, то им следовало бы опускаться с наступлением темноты. Кроме того, хищных животных всегда достаточно много и в толще воды. Другие исследователи предполагают, что основной причиной ухода планктона на глубину следует считать губительное действие солнечного света.

Летом в полярных морях постоянный день, осенью и весной наблюдается смена дня и ночи, обычная для средних широт, а зимой - постоянная ночь. В таких условиях были исследованы вертикальные перемещения планктонных организмов. Оказалось, что летом, при круглосуточном дне, организмы совершенно не мигрируют. Если бы свет губительно действовал, то животные вообще не могли бы существовать при свете. Однако осенью, во время смены дня и ночи, они совершают обычные перемещения.

Активноплавающие рачки: 1 - эуфаузиевые; 2, 3 - мизидовые

Вертикальные миграции могут совершаться и в результате изменения внутреннего состояния организмов: например, упитанности, накопления в теле более легких веществ, изменяющих удельный вес, и т. п.

Таким образом, вопрос о причинах суточных вертикальных миграций планктона в Мировом океане сейчас до конца не решен.

Казалось бы, какое значение могут иметь суточные перемещения организмов, многие из которых и простым глазом не заметны. И тем не менее количество мигрирующего в океане планктона (по вычислениям советского гидробиолога М. Е. Виноградова) составляет более 200 млн. тонн! Ежесуточные перемещения такой колоссальной массы живого вещества играют значительную роль в жизни океана.

Большие скопления планктонных организмов, будь то ночью у поверхности или на глубине в дневное время, значительно увеличивают потребление кислорода. Следовательно, в течение суток на различной глубине происходят существенные изменения в количестве растворенного в воде кислорода. Те же скопления способствуют увеличению различных продуктов жизнедеятельности, являющихся прекрасной пищей для бактерий. И, наконец, опускание на глубину значительной части планктона днем имеет большое значение в питании глубоководной фауны, не способной подниматься к поверхности.