Раздел 2. ИСТОРИЯ ГИДРОБИОЛОГИИ

Предыдущая12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая

Министерство образования и науки Украины

Одесский национальный университет имени И. И. Мечникова

Биологический факультет

Кафедра гидробиологи и общей экологии

Конспект лекций по курсу

ОБЩАЯ ГИДРОБИОЛОГИЯ

Подготовил:

д.б.н., профессор Б.Г. Александров

Одесса, 2007

Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ

Предмет и задачи гидробиологии. Методы исследований. Связь с другими дисциплинами.

Почему курс лекций «Основы экологии» читается на всех факультетах, а на биофаке еще «дублируют» отдельным курсом «Общей гидробиологии» (история вопроса):

1992 – конференция ООН в Рио-де-Жанейро (Бразилия) «Сохранение биоразнообразия» - Украина ратифицировала всемирную Конвенцию.

2002 – Всемирная встреча (саммит) в Йоханнесбурге (ЮАР) «Устойчивое развитие».

Итог: человечество озабочено ухудшением качества окружающей среды и снижением биологического разнообразия. «Сохранение экологически безопасного состояния биосферы, всех ее составляющих является жизненно важной обязанностью всех государств. Каждого члена общества».

В «Гамильтонском заявлении» об управлении совместными водными ресурсами, принятом в Йоханнесбурге было подчеркнуто, что более половины населения мира проживает сегодня в пределах 150 км прибрежной зоны Мирового океана.

· 23% населения Европы, которое составляет 693 млн. человек, обитает в бассейне реки Дунай, площадью всего около 8% ее территории.

· Застройка береговой зоны Одессы (Контейнерный терминал 14+36= 50 га или 0,5 км²)

· По планам 2006 г. IMO в ближайшей перспективе предполагается строительство «плавучих городов» - круизных судов, или модулей-катамаранов на 20-40 тыс. человек.

71% поверхности Земли занимает Мировой океан

Тут сформировалась жизнь (почему не на суше?)

Около ¼ биологической продукции Земли формируется ежегодно в Мировом океане (скорость ежегодного воспроизводства растений в гидросфере выше, чем на суше в 4300 раз) (Почему?).

Наконец Одесский университет имеет прямое отношение к становлению и развитию Гидробиологии как науке и, соответственно к Экологии, т.к. гидробиология и экология взаимосвязаны. (Термин «экология» был введен в 1866 году в своем труде “Всеобщая морфология организмов” известный немецкий естествоиспытатель Эрнст Геккель для обозначения “общей науки об отношениях организмов с окружающей средой”).

Термин «гидробиология» впервые встречается у немецких авторов в 1890-1893 гг., а в России уже в 1891 г. На озере Глубоком открывается Гидробиологическая станция при Московском университете. С появлением в Германии первых научных журналов по гидробиологии в 1906-1908 гг. началось широкое использование слова «гидробиологии» в науке. Таким образом, сегодня мы можем говорить о праздновании 100-летнего юбилея этой науки.

В англоязычной научной литературе наука о гидросфере по давней традиции подразделялась на океанологию и лимнологию. Например, широко известен научный международный журнал “Limnology and Oceanography”. При этом «Днем рождения» океанологии принято считать дату первой научной станции судна «Челленджер» в 1972 году (английская экспедиция 1872-1875).

Первый учебник гидробиологии в СССР написал Сергей Александрович Зернов еще в 1934 году («гидробиолог универсал»). Именно он заведовал в 1891 году Гидробиологической станцией на оз. Глубоком, а с 1902 по 1914 гг. - возглавлял Севастопольскую биостанцию.

В русских словарях, статьях и учебниках последних десятилетий гидробиология названа разделом экологии, т.е. водной экологией.

Дискуссия

В 1988 г. была опубликована статья академика В.Д. Романенко (директора Института гидробиологии НАНУ, г. Киев), в которой вводилось новое название для водной экологии – «гидроэкологии». Он же стал автором первого украинского учебника, переведенного на русский и польский языки («Основы гидроэкологии»), а также Председателем Украинского гидроэкологического общества.

В учебнике «Основы гидроэкологии» дается следующее определение. «Гидроэкология – экология водных экосистем. Включает комплекс дисциплин, изучающих водные экосистемы: собственно гидробиологию с ее подразделами, гидрохимию, водную микробиологию… и др.».

Таким образом, гидроэкологии, в точном соответствии со смыслом этого нового термина, отведена роль водной экологии, которую более полувека выполнял термин «гидробиология», а последнему оставлена роль близкой по смыслу водной биологии.

Сегодня на страницах современных научных журналов (2003, 2005) ведется дискуссия о правомерности ввода нового термина. При этом, революционный переворот в терминологии, происходящий в канун празднования столетнего юбилея «гидробиологии» вполне оправдан в связи со значительным усилением интереса к глобальным биосферным процессам, порождаемым экономикой и все более масштабным воздействием человека на окружающую среду.

Обратить внимание. За 100-летнюю историю «гидробиологии» она не являлась неким обобщением ботаники, зоологии и микробиологии в водных объектах. Фактически предпосылкой возникновения гидробиологии стало выделение В. Гензеном в 1887 году планктона как самостоятельной надорганизменной группировки (жизненной формы), т.е. не с той поры, когда стали проводиться исследования состава организмов, обитающих в водной среде (здесь следовало бы вспомнить еще Аристотеля, активно работавшего за 2 тыс. лет до описываемого события).

Гидробиология получила свои специфические объекты исследований – водные популяции, биоценозы и экосистемы – только когда идеи Ч.Дарвина (о естественном отборе, как движущем факторе эволюции), Э.Геккеля () и К.Ф. Рулье стали действующей парадигмой (от греч. пример, образец – строгая научная теория, воплощенная в системе понятий, отражающих существенные черты действительности): организмы и их группировки таковы, какова среда их обитания. Именно это требовало развития в рамках практической гидробиологии не только чисто биологических исследований, но и исследований среды обитания гидробионтов.

Хотя один из авторов, ведущих дискуссию о правомерности понятий «гидробиология» и «гидроэкология» (член-корреспондент НАНУ В.Е. Заика) приводит такой курьезный довод. В популярном электронном библиографическом сборнике ASFA за 1997-2001 гг. было обнаружено 628 публикаций с упоминанием термина “hydrobiology” и только 6 “hydroecology”. В числе последних – 4 публикации из Института гидроэкологии Армении, и по одной от специалистов – Ин-та гидроэкологии Латвийского университета и Утрехского Нидерландов.

В последующем, для предупреждение путаницы будем придерживаться мнения одного из корифеев советской гидробиологической школы (ныне директора Института зоологии РАН) академика Александра Федоровича Алимова, считая «гидробиологию» и «гидроэкологию» синонимами. Вот его определение.

Гидробиология, или экология гидросферы, или гидроэкология, так же как и экология – наука о надорганизменных формах организации жизни, - изучает водные экосистемы, исследует их структуру и функционирование с целью управления ими.

Предмет гидробиологии (точнее объект исследований)

На первых этапах – особь (аутэкологическое направление).

Сегодня на первый план выдвинулись дэм- и синэкологические исследования водоемов.

В современной биологической науке различают 9 уровней организации живого:

Суборганизменный

1. Молекулярный;

2. Генетический;

3. Клеточный;

4. Тканевой;

Организменный

5. Особи отдельных видов;

Надорганизменный

6. Популяционный;

7. Биоценотический;

8. Экосистемный;

9. Биосферный.

Гидробиология изучает закономерности жизни преимущественно на 6-8 уровнях в неразрывной связи с условиями водной среды и близлежащих территорий (пояснить важность учета водосборной площади).

Удельная водосборная площадь – отношение поверхности водосбора к площади поверхности водоема, собирающего речной сток. В среднем для Черного моря = 5 (т.к. S водосбора = 2,3 млн. км², S_пов Черного моря = 423000 км²). Однако для СЗЧМ реально должно быть определено иначе: S водосбора (Дуная, Днестра. Ю. Буга и Днепра, устья которых находятся в прибрежной зоне протяженностью 250 км) = 1,463 млн. км², S_СЗЧМ = 64000 км², т.е. = 22,9 (эта величина выше в 4,5 раза !).

Гидробиология изучает взаимодействие биотических и абиотических компонентов и устанавливает их роль в функционировании водных экосистем (проверить понимание понятий: «абиотический» и «функционирование»).

Пояснить на примере отличие «лимнолога» (географа) от «гидробиолога» (биолога): первый, изучая течение оценивает биологическую компоненту как помеху на пути движения воды; второй, изучая жизнь в водоеме, оценивает как течение может ускорять, либо замедлять те или иные процессы.

Современные проблемы гидробиологии:

· Комплексное использование водоемов с минимальными отрицательными экологическими последствиями (создание научных основ охраны водных объектов).

· Разработка экологических основ управления качеством пресных и морских вод (сегодня это управление строится главным образом на законодательной основе, хотя имеется целый ряд теоретических и практических решений, например «Биопозитивные конструкции»).

· Контроль и управление биологической продуктивностью водоемов (рыборазведение и проблема эвтрофирования).

· Разработка способов борьбы с вредными организмами и регуляции их распространения в водных экосистемах (чужеродные организмы, проблема паразитарных инвазий и эпизоотий).

Подразделы гидробиологии

· Санитарная (проблема чистой воды: очистка питьевых и сточных вод).

· Техническая (борьба с биоповреждениями в водной среде: обрастание и коррозия).

· Сельскохозяйственная (формирование оптимальных условий для полуводных культур).

· Навигационная (устранение искажений приборов, вызываемых гидробионтами: биолюминисценция, эхолокация, биопомехи).

Методы исследований

К основным методам гидробиологических исследований относятся

· количественный учет различных групп населения водоемов;

· оценка их функциональной роли;

· системный анализ воздействующих факторов.

Количественный учет организмов в водоеме позволяет выявить ключевые объекты, воздействие того или иного фактора, судить о состоянии популяции промысловых объектов.

Для этого используют различные методы наблюдений и учета, а также различные приборы.

1877 – В. Гензен - немецкий гидробиолог – создает специальную планктонную сеть, с помощью которой изучает запасы рыб и их кормовые ресурсы в Кильском заливе.

1909 – Петерсен– датский гидробиолог создает дночерпатель – прибор для количественного учета донного населения водоемов.

Для оценки функциональной роли гидробионтов (пояснить что это) используют физиологические, микробиологические, биохимические, токсикологические, биофизические и многие другие методы (привести пример с БПК и калориметрией).

Гидробиологические наблюдения обычно носят комплексный характер. Понятие мониторинг (от англ. Monitor, наблюдать).

Специфика учреждений Украины, занимающихся гидробиологией:

Ø Национальная академия наук Украины (Институт биологии южных морей - ОФИнБЮМ (изучает морские экосистемы) и Институт гидробиологии (изучает континентальные водоемы);

Ø Министерство экологии Украины (Украинский Научный центр экологии моря (г. Одесса); Государственная инспекция по охране Черного моря (г. Одесса); Институт экологических проблем (г. Харьков));

Ø Украинская аграрная академия (Институт рыбного хозяйства (г. Киев)) и Комитет рыбных ресурсов Украины (Южный научно-исследовательский институт рыбного хозяйства (г. Керчи) и его Одесский центр).

Ø Кафедры университетов (Одессы, Киева, Днепропетровска, Львова. Тернополя, Ужгорода, Харькова, Черновцов).

Исследования могут иметь стационарный характер на специально оборудованных станциях (так возник ОФИнБЮМ).

Экспедиционный метод – выезд по заранее намеченному маршруту. Очень дорогой метод (рассказать о «Полярной Звезде»). Научный флот до распада СССР. Его пытаются заменить спутниковыми наблюдениями с использованием различных зондов. Однако, все равно новые методы нуждаются в калибровке и не заменяют их.

Основные понятия и термины

Гидробионт – это живое существо (бактерия, гриб, растение либо животное), обитающее в водной среде (Является колорадский жук гидробионтом? А стрекоза?).

Различают: геобионтов, аэробионтов, амфибионтов.

Гетеротоп – гидробионт, который на протяжении своего жизненного цикла меняют водную среду на воздушную или обитает определенное время среди воздушно-водных растений (например, комары и стрекозы; европейский угорь).

Гомотоп – гидробионт никогда не выходящий из воды.

Биом – совокупность организмов, обитающих в пределах одного водного объекта.

Ареал – область распространения вида («ареалов распространения» не существует).

Биотоп (экотоп) – участок в пределах определенной акватории, или территории с жизненными условиями, к которым приспособился конкретный вид живого существа.

Раздел 2. ИСТОРИЯ ГИДРОБИОЛОГИИ

В англоязычной научной литературе наука о гидросфере по давней традиции подразделялась на океанологию и лимнологию.

Океанология (океанография) – наука о природных процессах в Мировом океане. Мировой океан при этом рассматривается как часть гидросферы и как целостный планетарный природный объект.

30 декабря 1872 г. – день рождения океанографии. В этот день была осуществлена 1-я станция «Челленджера» в Бискайском заливе. Корвет «Челленджер» под руководством профессора зоологии Эдинбургского университета С.В. Томпсона отправился в экспедицию с 21 декабря 1872 г. по 25 мая 1876 (около 3,5 лет). Военный парусный корвет «Бигл» под командованием капитана Р. Фицроя отправился в кругосветное путешествие, в котором принял участие Ч. Дарвин (1831-1936). В Атлантическом, Индийском и Тихом океанах было осуществлено 362 глубоководные станции. В экспедиции принял участие крупнейший океанолог Дж. Мерей (автор классического руководства «Глубины океана»).

· Произведено первое картирование отдельных районов Мирового океана.

· Классическая серия «Отчетов о научных результатах экспедиции «Челленджера» (под ред. Томпсона и Мерея) – первое многотомное обобщение знаний о Мировом океане. Три тома, опубликованные с 1880 по 1895 гг. были посвящены описанию 4318 видов радиолярий (Эрнст Геккель).

· Доказано существование жизни на дне океана. С глубины 5770 м были добыты многие представители пелагической и донной фауны. Однако еще долго считалось, что жизнь невозможна на глубинах ниже 6000 м. (Только в 1949 г. тралениями на глубинах 10-11 тыс. м, выполненными советскими экспедициями на НИС «Витязь» эти представления были опровергнуты).

1890 – планктолнология (Э. Геккель) – первоначально отождествлялась с гидробиологией. Старейший гидробиологический журнал в первые годы своего существования носил название «Архив гидробиологии и планктоноведения». С 1893 по 1905 – это были «Труды Пленской станции» - это первый гидробиологический журнал)

Начальный период становления морской гидробиологии был обусловлен и другими комплексными судовыми экспедициями.

1889 немецкая экспедиция в Атлантический океан на судне «Националь». Впервые применены количественные методы изучения планктона (В. Гензен, впервые предложивший в 1887 г. термин «планктон»).

· Показано, что наибольшее развитие планктон имеет в высоких широтах (спор Гензена и Геккеля).

· Первоначально В. Гензен относил к планктону все взвешенные в воде частицы, как живые, так и мертвые, которые теперь обозначают термином «сестон», предложенным впервые в 1912 г. Р. Кольквицем.

1890-1892 экспедиция, организованная по инициативе Совета Русского географического общества на военных судах черноморского флота канонерских лодках «Черноморец», «Донецк» и «Запорожец» при участии геолога Н.И. Андрусова, химика А.А. Лебединцева и биолога А.А. Остроумова. Сделаны открытия:

· Экспедиция установила, что сезонные колебания температуры ограничиваются слоем 200 м.

· Было доказано, что глубинные воды Черного моря образуются путем смешения местных вод с водами Мраморного моря, поступающими из Босфора с глубоководным течением.

· Начиная с глубин 100-200 м Черное море лишено кислорода и содержит сероводород (Для получения проб воды, содержащих сероводород был изготовлен специальный батометр весом 24 кг и емкостью 5,5 л, внутренняя поверхность которого была позолочена, чтобы не допустить окисления сероводорода под действием металла).

1893-1896 - ледовый дрейф Ф. Нансена на «Фраме».

1893-1896 – экспедиции в Средиземное море и Северную Атлантику известного океанографа – Монакского князя Альберта, основателя Океанографического института в Париже, Океанографического музея и лаборатории в Монако.

Изучение морских организмов было облегчено созданием морских биологических станций, многие из которых стали к нашему времени крупными центрами морской гидробиологии.

Толчком к с созданию станций стал расцвет в 1860-90-х годах эволюционно-зоологических и эмбриологических исследований, положенных работами И.И. Мечникова и А.О. Ковалекского.

Мировая хронология создания морских гидробиологических станций

1859 – Атлантическое побережье Франции, Конкарно (В. Кост) - первая биологическая станция, первоначально названная «Лабораторией морской зоологии и физиологии».

1871 – первая русская станция в Севастополе, созданная при Новороссийском (Одесском) обществе естествоиспытателей, по предложению Н.Н. Миклухо-Маклая – (А.О. Ковалевский).

1872 – морская биологическая станция в Роскофе (Бретань, Франция), действующая и поныне – (французский зоолог А. Лаказ-Дютье).

1872 – зоологическая станция в Неаполе (Средиземное море) – (немецкий зоолог Антон Дорн).

1875 – в Вудс-Холе (штат Массачусетс, США) Рыбохозяйственная комиссия США создает биостанцию, на базе которой в 1930 г. создается знаменитый Вудс-Холский океанографический институт.

1876 – первая морская американская станция в Ньюпорте (штат Род Айленд, США) А. Агассиц.

1881 – на Белом море в России создается Соловецкая биологическая станция Петербургского общества естествоиспытателей (Н. Вагнер).

1884 – в Великобритании создается Морская биологическая ассоциация с лабораторией в Плимуте (зоологи Э.Р. Ланкастер, Т. Гексли).

1892 – биологическая станция в Северном море на о-ве Гельголанд (Германия) была создана по инициативе Университета в г. Киль, Лабораторией морских исследований и Комиссии по изучению немецких морей.

Становление гидробиологии как науки может быть отнесено к середине ХХ века. До этого биологические ресурсы водоемов, особенно морей, казались неисчерпаемыми. Развитию гидробиологии на следующем этапе способствовал подрыв промысла живых ресурсов и рост загрязнения морей, превращающийся в настоящую проблему.

Китобойный промысел в более доступном Северном полушарии начал резко сокращаться, подорван промысел устриц.

1921 – создание в СССР по декрету В.И. Ленина Плавучего морского научного института (Плавморин). На НИС «Персей» экспедиционный корабль этого института, совершено более 100 экспедиций в Баренцевом, Белом, Карском, Гренландском и Норвежском морях.

· Получены первые количественные исследования по распределению планктона и бентоса.

· Обнаружены скопление промысловых рыб .

1922-1928 – Научно-промысловая экспедиция в южные моря СССР (Черное, Азовское и Каспийское) под руководством Николая Михайловича Книповича. (Личное задание В.И. Ленина для «научной величины 1-го ранга). От Одессы до Батуми в полосе 50-70 миль. 1000 станций из которых 640 в азовском море.

· Биологическая продуктивность морей.

· Основные особенности морской фауны южных морей.

· Вертикальная циркуляция воды в Черном море.

1933-1934 – создание Всесоюзного института морского хозяйства и океанографии (ВНИРО), а также Полярного и Тихоокеанского научно-исследовательских институтов рыбного хозяйства и океанографии (ПИНРО и ТИНРО) – центры рыбохозяйственных исследований во всех морях бывшего СССР (Основатель ПИНРО и ВНИРО - ленинградский профессор К.М. Дерюгин).

1934 – выходит первый учебник по гидробиологии «Общая гидробиология» (академик Сергей Александрович Зернов - первый заведующий русской пресноводной станции на Глубоком озере, заведующий морской СБС (1902-1914).

1949 - после ВОВ в Москве создан Институт океанологии АН СССР. На протяжении 20 лет под руководством Л.А. Зенкевича и Вениамина Григорьевича Богорова совершаются рейсы экспедиционного судна «Витязь», специально оборудованного для исследования морских глубин.

1951 – обобщение данных по вертикальным миграциям планктона (Дж. Кушинг):

· Новый смысл миграций – после ночного периода питания более низкая температура на глубине способствует более эффективному использованию пищи на рост (Я. Мак Ларен).

· Цикломорфоз, малые размеры тела и прозрачность планктонных беспозвоночных – приспособление, снижающее вероятность их гибели от хищников.

1963 – Лев Александрович Зенкевич – за труд «Биология морей СССР» был удостоен в 1965 г. Ленинской премии.

1965 – Вениамин Григорьевич Богоров – количественная оценка животного и растительного населения океана

1964 - Международная биологическая программа) (Георгий Георгиевич Винберг - основоположник продукционной биологии, бессменный Президент Всесоюзного гидробиологического общества).

Лимнология (озероведение) – раздел гидрологии суши, изучающей континентальные водоемы. Согласно мнению известного швейцарского зоолога А. Фореля, лимнология – географическая наука, объединяющая физические, химические и биологические сведения об озере. В руководстве по лимнологии П.С. Уэлча (1952) сказано: «Лимнологию обычно определяют как научную отрасль, занятую биологической продуктивностью внутренних вод и причинами, ее обуславливающими», т.е. как синоним гидробиологии внутренних вод (рек, озер, водохранилищ и пр.).

«Как не может быть настоящей гидробиологии без гидрологии, так не может быть вполне научной гидрологии без достаточного учета данных биологии вод» (Николай Михайлович Книпович)

Мировая хронология создания пресноводных гидробиологических станций

1890 – первая в мире пресноводная станция организована в Германии на Пленском озере – О. Захариас. На следующий год выходит его книга «Животный и растительный мир пресных вод».

1891 – первая русская станция на Глубоком озере (под Москвой) – по инициативе Председателя Русского общества акклиматизации животных и растений Н.Ю. Зографа – (С.А. Зернов – первый директор станции).

1894 – первая американская пресноводная станция на р. Иллинойс.

1900 – первая русская речная станция на Волге (в Саратове).

«даже простое собирание водных животных и растений для анатомо-эмбриологических работ постоянно показывало, что определенных животных можно найти только в определенном месте и на определенном грунте, что половые продукты развиваются у них только в определенное время года и т.д.; одним словом, что вся жизнь гидробионтов проходит строго закономерно в связи с окружающей средой» (Сергей Алексеевич Зернов).

1892-1905 – фундаментальное обобщение результатов многолетних исследований Женевского озера, проведенные швейцарским зоологом А. Форелем («Женевское озеро», «Руководство по озероведению»). Употреблял термин, предложенный американцем С.А. Форбсом – «микрокосм».

1906 – книга С. Апштейна «Планктон пресных вод»

1907 – в книге немецкого гидробиолога К. Кнауте «Пресные воды» в развитие идей О. Захариаса ставились актуальные и сегодня вопросы гидробиологии:

· Значение фотосинтеза фитопланктона для продуктивности прудов

· Значение гидробионтов в процессах самоочищения водоема.

1908 – разработана шкала оценки загрязненности водоемов по присутствию в них тех или иных организмов (Р. Кольквитц и М. Марссон).

1910 – открытие датским гидробиологом С. Везенберг-Лундом явления цикломорфоза – сезонных изменений размеров и формы тела гидробионтов.

1920-1930 – развитие представлений о цикломорфозе. Локальные различия формы тела и строения гидробионтов в различных водоемах (исследования Р. Вольтерека) ждут истолкования с позиции современной генетики.

1930-40е - немецкие гидробиологи А. Мюллер и Ф. Кон обратили внимание на огромную роль биологического самоочищения водоемов.

1940-1959 – выходит серия монографий из 5-ти книг под ред. проф. В.И. Жадина «Жизнь пресных вод»

2004 – выходит первый учебник по гидробиологии в Украине «Основы гидроэкологии (академика Виктора Дмитриевича Романенко).

Предыдущая12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: