Солнце и жизнь планктонных организмов

Растительные организмы накапливают солнечную энергию в форме сложных органических соединений, которые образуются в их телах под действием света (фотосинтез). Животные расходуют эту энергию. Таким образом, в конечном итоге все биологические процессы протекают за счет солнечной энергии.

В количествах, достаточных для фотосинтеза, солнечный свет проникает в толщу воды лишь на очень незначительную глубину (около 80-100 м), и тем глубже, чем выше над горизонтом стоит солнце. В этом сравнительно тонком слое воды и сосредоточена деятельность растений. Население всех глубоко лежащих слоев живет за счет верхнего слоя. На глубинах нет не только растительных организмов, но и растительноядных животных, есть только хищники и пожиратели трупов.

Кроме того, в планктоне имеются светолюбивые водоросли, которые держатся ближе к поверхности, где больше света, и тенелюбивые, заселяющие более глубокие зоны продуктивного слоя, где света мало.

То же мы наблюдаем и среди животной части планктона. Если поместить удлиненный сосуд с уловом планктонной сетки перпендикулярно к окну, то вскоре часть планктеров окажется у стенки, которая ближе к свету, другая часть - у противоположной. Очевидно, одни стремятся к свету, другие его избегают. Первые держатся в верхних, хорошо освещенных слоях моря, вторые, в зависимости от степени их отрицательного отношения к свету, распределяются в более глубоких слоях, вплоть до таких глубин, куда солнечный свет совсем не проникает и вечно господствует полная тьма, нарушаемая лишь слабым светом светящихся животных.

По своему отношению к температуре планктеры могут быть разделены на три категории: теплолюбивые, холодолюбивые и эвритермные, то есть такие, которые могут жить в широких пределах температур. Так как вода нагревается солнечными лучами с поверхности, а температура от поверхности к дну убывает, теплолюбивые формы планктеров сосредоточиваются в теплых поверхностных слоях, а холодолюбивые - в холодных, более глубоких слоях моря.

На вертикальное расслоение планктона влияет также и то, что одни организмы нуждаются в больших количествах кислорода, другие в меньших, а третьи - анаэробные бактерии - вообще живут в бескислородной среде. Кислород же поступает в воду частично из атмосферы, частично как побочный продукт при фотосинтезе растений. Следовательно, в верхних слоях воды, освещенных солнцем, как правило, кислорода больше, а в нижних - меньше.

В связи с этими факторами (свет, температура и количество кислорода) толща воды как бы разделена на этажи, которые отличаются составом населения. Само собой понятно, что этажи эти не разделены непроницаемыми перекрытиями.

Животные, которые избегают света, но не боятся тепла, могут ночью подниматься с глубин в поверхностные слои, где сосредоточены растения и где, следовательно, много пищи. Зимою, когда в наших широтах поверхностные слои остывают, холодолюбивые животные, безразлично относящиеся к свету, могут подниматься в верхние слои.

Состав зимнего планктона в Черном море (в поле зрения микроскопа): 1 - рачок калянус; 2 - гребневик; 3 - рачок ойтона; 4 - медуза; 5 - ойкоплеура; 6 - личинка червя; 7 - личинка копепод; 8 и 9 - водоросли цератиум и хетоцерос

Нужно также иметь в виду, что изменение одного фактора может отразиться на отношении организма к другому фактору. Например, целый ряд планктеров при понижении солености меняет свое отношение к свету и уходит в более темные слои.

Таким образом, закономерности распределения планктеров в толще воды по вертикали, как мы видим, зависят больше всего от света и температуры.

Состав летнего планктона в Черном море: 1 - акарция; 2 - подон; 3 - ойтона; 4 - пенилия; 5 - личинки рачков; 6 - личинки моллюсков; 7 - ноктилюка; 8 - одноклеточные животные; 9 - хетоцерос; 10 - жгутиковые водоросли

Солнечная энергия - свет и тепло - равномерно не распределяется по всей поверхности земного шара. В тропическом поясе солнце круглый год стоит почти над головой и солнечные лучи падают на поверхность океана почти перпендикулярно.

Чем ближе к полюсам, тем ниже над горизонтом стоит солнце. Вода прогревается все меньше и меньше, Прогреваемый и просвечиваемый слой воды делается все тоньше. Наконец, за полярным кругом солнце совсем не показывается на горизонте, а в направлении к полюсу бессолнечных дней все больше и больше. У полюса полгода солнце совсем не появляется.

В силу вращательного движения Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси солнечная энергия поступает на поверхность земного шара и во времени не равномерно, а ритмически двумя накладывающимися друг на друга ритмами, имеющими круговой или циклический характер. Из них один суточный, связанный с движением Земли вокруг оси, и другой годовой, связанный с вращением Земли вокруг Солнца.

Суточная цикличность температур в водной среде, в силу большой теплоемкости воды, характеризуется столь незначительными колебаниями, что биологические результаты ее в настоящее время почти не поддаются учету.

Что касается сезонных колебаний, то они также не очень велики и затрагивают только поверхностный слой воды. При этом в тропиках, где солнце круглый год поднимается высоко над горизонтом, сезонность температур незаметна. В приполярных морях небольшого количества тепла, поступающего летом, не хватает на таяние льдов, и температура круглый год будет почти неизменно очень близка к нулю. Таким образом, сезонность температур может играть роль только в умеренных широтах.

Изменения освещенности имеют совершенно другой характер. У экватора, где отсутствует сезонность, изменение освещенности имеет только суточный цикл. У полюсов освещенность изменяется двояко: зимой - темно, летом - все время светло, но солнце никогда не поднимается высоко над горизонтом. В умеренных широтах летом продолжительность дня больше и солнце поднимается над горизонтом выше, чем зимой.

Такой цикличности солнечной радиации соответствуют и ритмы биологических процессов планктона. В тропиках хорошо выражена только суточная ритмичность процесса фотосинтеза.

В умеренном поясе помимо суточного ритма фотосинтеза имеет место и сезонный: зимой он выражается уменьшением интенсивности и мощности занятого им слоя, летом же, наоборот, интенсивность фотосинтеза и мощность слоя возрастают.

Здесь имеют место, помимо суточных вертикальных миграций, И сезонные, выражающиеся, в частности, в поднятии зимой холодолюбивых планктеров в расположенные ближе к поверхности слои, которые были им недоступны во время летнего нагревания.

В приполярных морях ритмичность фотосинтеза фитопланктона имеет сезонный характер. Зимой нет солнца и нет фотосинтеза. Суточные вертикальные миграции планктеров отсутствуют.

Наконец, с временами года - в большинстве случаев с более теплым периодом - связаны процессы размножения планктеров.