Питание и пищевые взаимоотношения гидробионтов

Цель работы:исследовать способы питания и состав трофических группировок водных животных.

Питание – один из основных процессов, благодаря которому осуществляется круговорот органических веществ в гидросфере. Ни один фундаментальный вопрос гидробиологии не может быть решен без знания особенностей питания и пищевых взаимоотношений гидробионтов.

Количество энергии, аккумулированное в единице массы гидробионтов или их пищи, называют их калорийностью. Калорийность гидробионтов может различаться в зависимости от сезона или их физиологического состояния, степени генеративной активности и т.п. Во многих случаях при продукционных исследованиях полезны ориентировочные расчеты; при них используются средние значения калорийности, которые обычно принимаются для водорослей и макрофитов равными 19,2 кДж/г сухого вещества, а для водных животных –
23,01 кДж/г.

В результате утилизации первичной продукции гетеротрофными организмами происходит образование органических веществ, входящих в состав их тел, или вторичной продукции.Энергия, поступившая на трофический уровень в виде рациона консументов (С), расходуется животными на процессы метаболизма (R), используется на построение тел животных (Р), а некоторая ее часть, заключенная в неусвоенной животными пище (f), выводится из их организмов и может быть использована в пищу организмами других трофических уровней или запасается в донных отложениях.

Существование животных возможно, если получаемая ими энергия превышает рассеиваемую. Этот процесс выражается балансовым равенством: С = Р + R + f,

где С – энергия рациона; Р – энергия прироста; R – траты на обмен (дыхание); f – энергия неусвоенной пищи.

Для выражения эффективности использования пищи на рост пользуются трофическими коэффициентами K₁ (коэффициент использования пищи на рост или кормовой коэффициент) и К₂ (коэффициент использования ассимилированной энергии на рост): K₁ = Р/С, К₂ = P/ (P+R). Для каждого трофического уровня экосистемы справедливо основное балансовое равенство: С = (Р + R)/a, где а – усвояемость пищи. Эти величины для всех трофических уровней выражают в одних и тех же единицах измерения, обычно в ккал/м² за единицу времени (сутки, месяц, год). В первом приближении принято считать, что для нехищных животных усвояемость составляет 60%, а для хищных – 80%. Однако для точного сведения баланса необходимо получать надежные экспериментальные данные об усвояемости пищи животным конкретного вида
в конкретных условиях. Совокупность сведений о величинах а, С, Р, R для всех трофических уровней экосистемы определенного водоема принято называть ее биотическим балансом или потоком энергии.По величинам, входящим в биотический баланс, можно судить о том, какая доля продукции предыдущего трофического уровня потребляется организмами последующего, какая доля энергии потребляемой пищи рассеивается в процессе обмена, и какая остается в продукции данного трофического уровня.

В состав биоценозов входят популяции животных разных видов, которые в наиболее простом случае подразделяются на два трофических уровня: нехищных и хищных животных. Часть продукции отдельных популяций потребляется внутри биоценоза входящими в него хищниками, а часть изымается из него, например, потребляется рыбами, не входящими в состав данного биоценоза. Часть продукции нехищных животных, изымаемой хищниками, входящими в состав биоценоза, можно приравнять к количеству ассимилированной ими пищи, так как не усвоенная хищниками пища вновь попадает в круговорот веществ и заключенная в ней энергия остается в системе. Достаточно достоверные значения продукции биоценоза в каждом конкретном случае можно получить после тщательного изучения трофических связей и трофической структуры биоценоза.

Через экосистему идет линейныйпоток энергии, а не ее круговорот и повторное использование, как в случае с минеральными веществами. Биогенные элементы в процессе обмена веществ могут использоваться неоднократно. Энергия, теряющаяся при дыхании, не передается другим организмам. Энергия же, заключенная в экскрементах и отходах метаболизма передается детритофагам и редуцентам и, таким образом, не теряется для экосистемы.

Кормовые ресурсы водоемов включают живые растения (фитопланктон, фитобентос), животных (зоопланктон, нектон, зообентос), бактерий, отмершие остатки организмов (от целых трупов до частиц детрита), растворенное органическое вещество (РОВ). Наиболее широко водными животными используется сестон и детрит. Детрит представляет собой органическое вещество, сорбированное на поверхности минеральных частиц или пузырьков воздуха, либо деструктурированные остатки организмов, совместно с развивающимся на них бактериальным комплексом.Животные, питающиеся детритом, усваивают, в основном, микрофлору, а не частицы детрита. Основной источник детрита в море – отмерший фито- и зоопланктон. В пресных водоемах и прибрежных мелководных бухтах главную роль в формировании детрита играют макрофиты. Детрит может быть взвешен в воде, и входить в состав сестона, или находиться на дне в виде осадков. Сестон, это совокупность фитопланктона, микрозоопланктона, бактерий, взвешенного в воде детрита и растворенных органических веществ.

Растения в свежем виде (фитобентос и микрообрастания твердых субстратов) используются в пищу бентосом прибрежной (фотической) зоны. Живые животные (наиболее калорийный источник пищи) поедаются как пелагическими, так и донными хищниками. Трупы животных представляют собой не менее калорийный, но гораздо более доступный и легкоусвояемый источник пищи. Поэтому большинство плотоядных животных, как бентосных, так и пелагических являются, факультативными трупоедами. Растворенное органическое вещество утилизуется пелагическими личинками бентосных животных, погонофорами, некоторыми двустворчатыми моллюсками при осмотическом питании.

Способы добывания пищи.Соответственно формам состояния пищевого материала у гидробионтов сформировались механизмы добывания пищи.

Сестонофагия(т. е. питание сестоном) характерна как для пелагических, так для бентосных форм. Большинство видов нехищного зоопланктона относится к сестонофагам. Сестонофагами являются прикрепленные животные, многие малоподвижные и закапывающиеся организмы бентоса. Улавливание сестона из толщи воды происходит двумя путями:

1) фильтрация – создание с помощью фильтрационного аппарата направленных токов воды (планктонные ракообразные, губки, двустворчатые моллюски, усоногие ракообразные, рыбы-планктофаги, усатые киты);

2) седиментация – осаждение сестона на слизистые поверхности (инфузории, аппендикулярии, сидячие полихеты, мшанки, ряд голотурий, морские лилии, плоские морские ежи, личинки комаров-звонцов).

Многие сестонофаги в водоемах играют роль естественных биофильтров, очищая воду от находящихся в ней взвешенных частиц. Также они создают биогенную циркуляцию, способную перемешивать водные массы. Двустворчатые моллюски способны профильтровывать и освобождать от взвешенных веществ большие объемы воды, иногда превышающие объем самого водоема. Планктонные ракообразные, по биомассе доминирующие в зоопланктоне, также способны профильтровывать значительные объемы воды. В водоемах разной продуктивности за сутки они профильтровывают от 5 до 90% (в среднем 50%) объема воды озера. В процессе фильтрации из воды удаляются значительные количества взвешенных веществ. Скорость фильтрации воды двустворчатыми моллюсками и ракообразными планктона (F) находится в прямой зависимости от их массы (W):

F = mWⁿ,

где m – коэффициент, n – показатель степени, которые определяются для каждого вида.

Детритофагиясвойственна преимущественно малоподвижным и закапывающимся бентосным организмам. Существует несколько видов рыб-детритофагов. Поедание детрита осуществляется двумя способами:

1) собирание частиц детрита с поверхности дна с помощью щупалец, хоботков, сифонов и других органов (многие полихеты, брюхоногие и двустворчатые моллюски, голотурии, офеуры, рыбы-детритофаги);

2) безвыборочное заглатывание грунта вместе с находящимся в нем детритом. Характерно, в основном, для закапывающихся форм (полихеты, олигохеты, голотурии, неправильные морские ежи, личинки комаров-звонцов).

Хищничество и трупоедство – поедание живых и отмирающих животных. В пелагиали преобладают активные хищники, глотающие, либо разрывающие жертву (медузы, гребневики, хищные рыбы, головоногие моллюски, щетинкочелюстные). Для пелагиали, в большей степени, чем для бентали, характерны отношения хищник-жертва. Среди бентосных животных чаще встречаются хищники-засадчики и трупоеды (высшие ракообразные, брюхоногие моллюски, полихеты, морские звезды, личинки насекомых). Бентосные хищники могут быть как подвижными, так и прикрепленными (кишечнополостные). Многие виды рыб являются бентофагами. Рыбы-бентофаги, питающиеся моллюсками, способны утилизировать около 30% продукции крупных моллюсков, используя в пищу этих животных на ранних стадиях их развития.

Пасьба – соскабливание микрообрастаний с твердых субстратов и обкусывание макрофитов. Такой способ питания встречается у брюхоногих моллюсков, правильных морских ежей, равноногих и разноногих ракообразных, водных насекомых, некоторых видов рыб (толстолобик, белый амур).
В рационе «соскабливателей» обычно присутствуют прикрепленные животные, входящие в состав перифитона. Пасьба характерна для населения литорали и верхней сублиторали морей и зарослей макрофитов пресных водоемов.

Существует значительное количество видов со стабильным характером питания. Способность выбирать кормовые объекты носит название пищевой элективности(избирательности). Некоторые виды водных животных могут изменять тип питания в онтогенезе, при исчезновении какого-либо вида пищи или резком уменьшении ее количества. Способность переходить с одного кормового объекта на другой, изменять способ питания называется пищевой пластичностью. Так, например, отдельные виды водных личинок насекомых, обычно питающиеся животной пищей, при ее недостатке легко переходят на потребление детрита. Установление истинной трофической роли животных в экосистеме, определение типов питания и состава пищи отдельных видов, так же как и истинных значений ассимиляции и рационов в условиях конкретных водоемов представляет существенную трудность.

Материалы и оборудование: живые и фиксированные планктонные и бентосные организмы с различным характером питания, плакаты, фотографии, видеофильмы, кюветы, бинокулярный микроскоп, препаровальные иглы, чашки Петри, определители.

Порядок выполнения работы: 1) выполнить определение до рода или вида, указать систематическое положение каждого организма; 2) исследовать особенности морфологии, зарисовать схему внешнего строения определяемых животных; 3) зарисовать схему строения ротового аппарата и механизма питания определяемых животных; 4) пользуясь информацией об экологии и способах питания изучаемых животных, изложенной в литературе, установите, какие из них являются сестонофагами, детритофагами, фитофагами, хищниками. Объясните, почему вы так думаете.

Контрольные вопросы:

1. Источники пищи в океане.

2. Дайте определение понятию «кормовая база».

3. Приведите примеры эндогенного питания гидробионтов.

4. Способы добывания пищи.

5. Роль бактерий и детрита в питании водных организмов.

6. Приведите примеры организмов активных фильтратов.

7. Дайте определение понятию суточный рацион.

8. Расскажите о трофических группах пелагиали.

9. Трофическая структура донного населения шельфов Мирового океана.

Лабораторная работа 8

Популяции гидробионтов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: