Гідротермальна фауна дна океану

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

« ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ » 
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

КАФЕДРА ЗАНАЛЬНОЇ ТА ПРИКЛАДНОЇ ЕКОЛОГІЇ

 

 

 

 

 

 

Індивідуальне завдання

з курсу «Методи прогнозування  стану гідросфери»

«Гідротермальна фауна дна океану»

 

 

 

 

 

 

Виконала: ____________

Студентка гр. 4169-б

Ломакіна Інна

Прийняв:Домбровський

Константин Олегович

«__» _________ 2011 р.

 

ЗМІСТ

Вступ………………………………………………………………..……………..3

1. Геологічні та геохімічні умови………………………………………………...4

2. Глибоководні співтовариства……………………………………………..…...7

2.1 Досконале співтовариство……………………………………………….7

2.2 Категорії бактерій……………………………………………………….9

2.3 Більш скромні спільноти………………………………………………..11

2.3.А Calyptogena magnifica……………………………………………..11

2.3.Б Bathymodiolys thermophillus………………………………………12

2.3.В р.Alvinella………………………………………………………….13

2.4 Хижаки, комменсали, паразити і опортуністи…………………………15

2.4.А Ракоподібні………………………………………………………..16

2.4.Б Риби…………………………………………………………..……17

2.4.В Сифонофори, серпуліди та ін…………………………………..18

3. Ріст, розмноження та  екологічна стратегія…………………………………20

3.1 Швидкість зростання……………………………………………………21

3.2 Поширення та виживаня…………………………………..……………23

3.3 Коменсалізм…………………………………………………………….26

Висновки………………………………………………………………………..28

Література………………………………………………………………………29

 

ВСТУП

 

Наприкінці першої половини минулого століття отримано остаточну  відповідь на пекуче питання про межі життя на глибинах: в липні 1951 року датське судно «Галатея», проводячи лов тралом з металевою рамою на глибинах від 9820 до 10 210 м на дні Маріанської западини в Тихому океані, підняло на поверхню кілька безхребетних (актинії, голотурії). Ці результати стали справжньою сенсацією: отже, ніщо, ні температура трохи нижче 0 ° С, ні тиск понад 1000 бар, ні вічна ніч на глибинах, не може протистояти колонізуючій активності життя.

Тоді морські біологи  зацікавились іншими проблемами, і  зокрема джерелом їжі для глибоководної  фауни. При повній відсутності світла, природно, не може бути і рослинної  продукції - результату фотосинтезу, який має місце всюди. Деякі технічні нововведення дозволили досить швидко встановити зв'язок між щільністю поселень фауни і глибиною: щільність поселення фауни (число особин на одиницю площі дна) тим менше, чим більше глибина. У той же час порівняння щільності і особливо біомаси (кількості живої речовини на одиницю площі дна) фауни, що живе на одній й тій же глибині, але в різних районах океану, показує, що простої і універсальної залежності між біомасою і глибиною не існує.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ГЕОЛОГІЧНІ ТА ГЕОХІМІЧНІ УМОВИ

 

Відкриття гідротермальних  підводних явищ на великих глибинах вздовж активних океанічних піднять - це непрямий наслідок теорії тектоніки плит, і їхнє існування було передбачене за двадцять років до самого відкриття. Сьогодні теорія тектоніки плит широко відома: відповідно до цієї теорії, поверхня Землі складається з шести-восьми основних гігантських плит, що постійно переміщаються одна по відношенню до іншої під впливом рухів в мантії Землі. Плити складені головним чином океанічною молодою корою (більше половини поверхні Землі); на них розташовані континенти, утворені більш легкими породами, міцно спаяні з глибинною частиною плит.

Коли дві плити зіштовхуються  одна з одною, більш важка океанічна плита поступово занурюється під континентальну плиту і опускається в мантію, де зникає (внаслідок цього явища, званого субдукцією, дно океанів порівнянно молоде - його вік не перевищує 180 млн. років). Одночасно занурення плити призводить до утворення глибокого жолоба в місці зіткнення, наприклад, у західній частині Тихого океану глибина такого жолоба понад 10 км. Навпаки, коли дві плити розсуваються, на поверхню піднімається речовина земної мантії і виникає нова океанічна кора (явище аккреції).

В Атлантичному океані річна  швидкість розсування низька, порядку 1-2 см; і навпаки, на відносно невисокому Східно-Тихоокеанському піднятті середнє річне розсування більше - від 6 м на рік на півночі до 16-18 см на широті острова Пасхи. Довгий час припускали, що існує зв'язок між швидкістю розсування і інтенсивністю гідротермальних процесів: так, гідротермальні прояви в Атлантичному океані вважалися недостатніми для виникнення оазисів життя, які розвиваються на хребтах східній частині Тихого океану. Але зовсім нещодавно стало відомо, що в Атлантичному океані теж існують гідротермальні прояви з високою температурою, - у двох місцях на Серединно-Атлантичному хребті на 24 і 26 ° с. ш. за допомогою підводного телебачення спостерігали співтовариства тварин, але ще не виявлено ні їх складу, ні структури.

Біолог, що вивчає підводні оазиси, повинен звернути увагу не стільки на температуру, скільки  на хімічний склад гідротермальних  флюїдів.

Щоб зрозуміти походження цих сполук, треба знати, в які  реакції вступає морська вода під великим тиском і при високій  температурі в присутності базальту: магній, що міститься в морській воді, з'єднується з силікатами базальту і утворює нерозчинний у воді гідроксісілікат, який випадає в осад; іони водню Н +, що вивільняються в ході реакції, сильно окислюють морську воду і заміщають кальцій і калій в кристалічній решітці базальту. Вивільнений таким чином кальцій в свою чергу вступає в реакцію з сульфатами, що містяться в морській воді, і утворює сульфат кальцію, який випадає в осад у формі ангідриту, як тільки досягається відповідна температура; сульфати морської води реагують також з металами, що містяться в базальті, і утворюють сірчисті сполуки, які потім при охолодженні рідини випадають в осад. Коли кислотність рідини досить висока, базальт вивільняє оксид кремнію, який переходить в розчин.

На основі лабораторних дослідів і спостережень над складом гідротермальних  флюїдів і мінеральних відкладень, здобутих бурінням, геохіміки розробили несуперечливу схему, що включає всю сукупність хімічних реакцій. Випадання в осад сульфату кальцію відбувається при проникненні морської води в підземну мережу. Ще глибше, в зоні реакції, відбувається утворення сірководню і СО2 шляхом відновлення сульфатів і розкладання карбонатів, вивільнення іонів Н +, які підкисляють середовище і вивільняють іони металів і кремній. Потім гарячий гідротермальний флюїд, багатий металами і сульфідами, піднімається до поверхні. Під землею флюїд, розбавляючи, охолоджується, і в тріщинах осідають сульфіди металів. Коли гідротермальний флюїд виходить на поверхню дна нерозбавленим, він створює справжні труби, висотою іноді до 20 м, утворені випавшими в осад поліметалевими сульфідами і сульфатом кальцію. На виході з труби знаходиться в розчині залізо з'єднується з сірководнем і дає чорний султан, утворений частинками піриту в підвішеному стані, а марганець залишається в розчиненому стані. У деяких випадках залізо і марганець потім окислюються і відкладаються на дні.

Спорудження чорного курця  починається з фази росту при  проміжній температурі з відкладень сульфату кальцію, що утворюється в результаті змішування гідротермального флюїду з холодною морською водою. Коли курець виростає, сульфат кальцію починає зазнавати дії нерозбавленого гідротермального флюїду, відповідно набагато більш гарячого і кислого: тоді відбувається часткове або повне вторинне розчинення відкладень ангідриту і заміщення його поліметалевими сульфідами.

Коли гідротермальний  флюїд розбавляється, перед тим  як вилитися в океан, відкладення  поліметалічних сульфідів не відбувається, утворюються тільки відкладення  ангідриту, які часто нагадують  розпилювачі: через найменші пори вони викидають білясту більш-менш опалесцентну рідину. Досліджуючи вміст у гідротермальному флюїді магнію і сульфатів можна оцінювати ступінь розведення флюїду: вона тим нижче, чим вище температура флюїда, і досягає нуля при температурі близько 350-370 ° С, тобто саме такою, що вимірювалася на виході з чорних курців. Концентрація розчиненого кремнію, навпаки, з температурою зростає.

 

 

 

 

2.  ГЛУБОКОВОДНІ СПІВТОВАРИСТВА

 

2.1 Досконале  співтовариство

 

З усіх нових форм тварин, відкритих в гідротермальних  спільнотах, великий трубчастий черв є сьогодні найбільш відомим. Його довжина  може перевищувати 1,5 м, а яскраво-червоний, кіноварний колір його султана, що контрастує з перламутрово-білим забарвленням трубки, надають підводним фотографіям з його зображенням незаперечну естетичність. Внутрішня його будова також дивна: цей черв не має ні рота, ні травної системи, ні анального отвору. Нарешті, по біомасі цей черв у багато разів перевершує всі інші види гідротермальних співтовариств. Описав хробака французький зоолог Коллер, вражений характерним видом його трубок, не вагаючись відніс його до нового типу безхребетних. Коллер відзначив повну відсутність у хробака травної системи і, намагаючись пояснити це, припустив, що Siboglinum - колоніальна тварина, у якого функції харчування і розмноження можуть виконуватися різними індивідуумами, як це часто має місце у гідрозоїв: відсутність у зібраних матеріалах інших індивідуумів, відповідальних за харчування колонії, було, однак, важко зрозуміти.

Років через тридцять після  їх відкриття швед Йохансон об'єднує Siboglinum з іншого, дуже відмінною формою з Охотського моря в новий клас морських безхребетних - погонофори (від грецького «хто носить бороду»), зведений зоологами в ранг підтипу . Відмічено, що представники «бородатих», які вважалися мешканцями виключно великих глибин, можуть жити і на глибині декількох десятків метрів і зустрічаються набагато частіше, ніж передбачалося раніше. Але всі ці погонофори невеликі за розмірами і всі позбавлені травної системи.

Першу гіпотезу, що вирішує цю загадку, висунув радянський вчений А. В. Іванов. Згідно з його гіпотезою епідермальні клітини передніх щупалець погонофор здатні виловлювати дрібні органічні частки шляхом фагоцитозу. Але оскільки спостерігати фагоцитоз не вдалося, Іванов пізніше висунув іншу гіпотезу: зібрані султаном щупалець частки перетравлюються поза тілом тварини ферментами, які виділяються в зовнішнє середовище, а дрібні молекули, які утворюються в ході ферментативного розкладання частинок, потім абсорбуються проникною клітинної мембраною. Другий гіпотезі пощастило не більше, ніж першої, і вона так і не була доведена.

У 1966 році на глибині 1125 м  біля узбережжя Каліфорнії відкриті погонофори, які відрізняються від всіх інших наявністю особливої вестиментальної ділянки тіла, на якій на спинний стороні відкриваються парні статеві отвори. Ця ділянка розташована між щупальцевою короною і тулубом і забезпечена двома складками, або крилами, завдяки яким між вестиментумом і стінкою трубки хробака утворюється дорсальна камера. Щоб відзначити цю особливість, а також інші, не менш важливі риси будови, в типі погонофор створюють новий загін - вестиментіфери і новий клас - афренуляти. Характерна для типу «бородатих» сегментована і забезпечена хітиновими щетинками задня частина тіла дозволяє зблизити їх з кільчастими хробаками. Але як і раніше невідомо, як і чим харчуються ці тварини.

 

2.2 Категорії бактерій

 

Загальний висновок з досліджень, проведених на виливах Галапагоського рифта: у фізико-хімічних умовах, властивих цьому місцезнаходженню, асиміляція СО₂ (міра хемосинтетичної активності) в гидротермальному флюїді в ході перемішування його з навколишньою морською водою низька в порівнянні з біомасою бактерій, виявлених в цьому флюїді. Отже, ця біомаса бактерій, цілком ймовірно, створюється в підповерхневій мережі тріщин і розломів, у всякому разі до виходу флюїду в морську воду. Мікробіологи навіть вважають, що метаболічна активність бактерій, присутніх в гидротермальному флюїді, загалом багато менше тієї, яка могла б задовольнити потреби процвітаючих спільнот тварин.

Прості розрахунки показують, що кількість органічної речовини, що подібним чином може постійно надходити, набагато нижче потреб щільних спільнот тварин. Насправді бактеріальна продукція, що створюється в основному усередині гідротермальної мережі, під поверхнею базальтів, ймовірно, достатня, щоб пояснити велику щільність поселень деяких безхребетних-фільтраторів, здатних вловлювати зважені частки, і зокрема агрегати бактерій. Це пояснює також наявність дрібних планктонних тварин над виливами.

Знову ж у пробах, взятих головним чином на Галапагоських рифтах, були визначені різні типи хемосинтезуючих бактерій. Розрізняють шість великих морфологічних категорій:

- Одноклітинні бактерії  округлої форми, часто ув'язнені  в щільні залізисто-марганцеві  відкладення.

- Бактерії, що мають дуже  довгу ніжку, типу Hyphomonas-Hyphomicrobium.

- Форми, що нагадують  ціанобактерії, морфологічно дуже  близькі до Calothrix.

- Форми, які містять  сильно розвинені цитоплазматичні  мембранні системи, визначені  як метилотрофні бактерії.