Лабораторная работа 4 Планктон. Адаптации к парению. Основные размерные и систематические группы зоопланктона

Цель работы: исследовать основные систематические и трофические группы зоопланктона Черного и Азовского морей, изучить направление адаптации планктонных организмов к парению.

Организмы различного происхождения и систематического положения, имеющие адаптации к одному и тому же биотопу образуют одну экологическую группу. К планктону относятся животные и растения, не способные к активным движениям и не способные противостоять токам воды (микроскопические водоросли, простейшие, рачки и другие мелкие животные).

Жизнь в толще воды в состоянии парения, вне связи с твердым субстратом, как элементом опоры, отразилась на морфологии планктонных организмов. Приспособления планктона к пелагическому образу жизни эволюционировали в двух направлениях: уменьшение остаточного веса планктонных организмов и увеличение сопротивления формы. Поддержание положения тела планктонных организмов может в толще воды происходить как активно, так и пассивно. Микроскопические водоросли (фитопланктон) обычно пассивно парят в воде, а большинство видов зоопланктона являются активными пловцами. Для многих видов планктона характерны вертикальные миграции (периодические перемещения от поверхности в глубину и обратно). Подъем животных обычно происходит в вечернее время, в дневное – опускание на глубину.

Масштабы вертикальных миграций колоссальны: копеподы длиной 1-2 мм ежесуточно мигрируют на 200 м, некоторые виды эвфаузиид – на 600-700 м. Однозначного мнения о причинах миграций нет. Предполагают, что вертикальные миграции имеют значения как кормовые, обеспечивают защиту от хищников, позволяют животным экономить энергию.

Планктон подразделяют по типу водоемов: морской, пресноводный, речной и др., их географическому положению: тропический, бореальный, высокоарктический и т.п., экологическим зонам: поверхностный, глубоководный, неретический, океанический и др., степени привязанности к биотопу: голопланктон, мезопланктон и т.д. По размерам планктон принято делить на следующие группы:

Мегапланктон – медузы, ракообразные, рыба-луна и другие малоподвижные морские животные размером более 5 см;

Макропланктон – животные размером от 5 см до 5 мм (копеподы, щетинкочелюстные и т.д.);

Мезопланктон – животные размером от 5 мм до 0,5 мм (основная масса копепод);

Микропланктон – организмы размером менее 0,5 мм (микроскопические водоросли, простейшие, пелагические личинки донных беспозвоночных);

Наннопланктон – организмы размером от 0,5 мм до 50 мкм (основная масса фитопланктона);

Пикопланктон, или ультрапланктон – организмы размером от 50 мкм до 5 мкм (бактериопланктон).

Фитопланктон представлен одноклеточными водорослями, парящими в воде (рисунок 14). Они имеют очень разнообразную форму и цвет.

Рисунок 14 – Фитопланктон

Основную массу продукции морского зоопланктона создают эвфаузииды, копеподы, щетинкочелюстные и гиперииды. В данной работе рассматриваются особенности строения и экологии представителей этих систематических групп.

Класс Crustacea

Oтpяд Cladocera (ветвистоусые ракообразные) относятся к числу наиболее распространенных организмов пресноводного зоопланктона. Наблюдения ведутся за живыми дафниями (Daphnia) (рисунок 15).

Рисунок 15 – Представитель Отряда Cladocera – дафния

Тело дафнии сжато с боков и все покрыто, за исключением головы, двустворчатой раковиной (карапаксом). Внутри раковины тело помещается свободно, прикрепляясь к ней только передней частью. Между стенками створок раковины и спинной поверхностью животного у самок расположена выводковая (зародышевая) камера. Край раковины на спинной стороне вытянут в длинный шип (spina). Голова согнута на брюшную сторону, лобная часть вытянута в направленный вниз и назад рострум. Большой срединный глаз, образованный слиянием эмбрионально закладывающихся двух сложных глаз, снабжен специальной мускулатурой, обусловливающей его подвижность внутри глазной камеры. У некоторых видов дафний имеется, кроме того, небольшой непарный глазок.

Короткие антеннулы, являющиеся органами чувств, сочленены у самок неподвижно с головой позади рострума; на конце они несут пучок чувствительных щетинок. Антенны – единственные органы движения хорошо развиты, состоят из большого протоподита и двух ветвей, наружной, или эксоподита, и внутренней, или эндоподита, вооруженных длинными оперенными плавательными щетинками.

Основную массу продукции зоопланктона морей создают эвфаузииды, копеподы, щетинкочелюстные и гиперииды. В данной работе рассматриваются особенности строения и экологии представителей этих систематических групп.

Отряд Copepoda (веслоногие ракообразные). Копеподы относятся к числу самых массовых представителей морского и пресноводного зоопланктона. Тело копепод резко делится на 2 отдела. Передний отдел (цефалоторакс) состоит из головы (цефалон), из пяти грудных сегментов, образующих грудной отдел или торакс. Короткий и узкий задний отдел – брюшко (абдомен). Для определения линейных размеров копепод измеряют длину цефалоторакса, без абдомена, и ширину.

Голова слитная, без следов сегментации несет 6 пар придатков: антеннулы, антенны и придатки ротового аппарата. Парные фасеточные глаза отсутствуют. Антеннулы состоят из 25 сегментов у самок и 24 – у самцов, превышают длину антенн, служат органами осязания, обеспечивают пассивное парение копепод в воде. Каждый сегмент торакса несет пару грудных ног, правая и левая ноги соединены хитиновыми пластинками, поэтому при плавании они синхронно ударяют об воду. Грудные ножки действуют как весла при гребле, отталкивая тело рачка от воды. Абдомен состоит из 4-х сегментов. К последнему сегменту брюшка присоединена фурка, несущая 2 длинные нити, способствующие парению в воде. Большинство планктонных копепод относится к 2 подотрядам – Calanoida и Cyclopoida.

Подотряд Calanoida – исключительно планктонные животные, преимущественно морские (рисунок 16). Цефалоторакс значительно длиннее и шире брюшка. Антеннулы обычно длиннее тела.

Рисунок 16 – Представитель Подотряда Calanoida

Длинные антеннулы и перистые фуркальные позволяют калянидам парить в воде. Капли жира, находящиеся в полости тела рачков, уменьшают их удельный вес и способствуют парению. Опустившись на несколько сантиметров вниз, рачок делает резкий взмах грудными ножками и брюшком и поднимается на прежний уровень.

Для сохранения положения в пространстве калянидам необходимо постоянно двигаться. Каляниды широко распространены в морях северного полушария. Они составляют основу кормовой базы планктоядных рыб (сельдь, анчоус и т.д.), молоди многих других видов рыб, а также усатых китов. Многие виды морских калянид приурочены к определенным водным массам и используются для биоиндикации течений. Каляниды обитают на всех океанических глубинах. Копеподы создают более 80% продукции нехищного зоопланктона.

Подотряд Cyclopoida преимущественно пресноводные, придонные организмы (рисунок 17). Цефалоторакс короче, чем у калянид. Антеннулы короткие, не достигают середины головогруди. Цефалоторакс шире брюшка. Самка всегда несет 2 яйцевых мешка.

Рисунок 17 – Представитель Подотряда Cyclopoida

Отряд Amphipoda (разноногие ракообразные или бокоплавы). Тело сжато с боков, первый сегмент груди сращен с головой, карапакс отсутствует, глаза сидячие, расположены по бокам головы. Грудной отдел состоит из 7 свободных сегментов. Конечности каждого сегмента имеют различное строение. Передняя пара грудных ног обычно несет клешни. Брюшко состоит из 6 сегментов, короче груди. 3 пары брюшных ног – плавательные.

Разноногие ракообразные подразделяются на 3 подотряда – Hyperiidea, Gammaridea, Caprellidea.

Гиперииды – это исключительно морские планктонные животные, распространенные от эпипелагиали до абиссальных глубин (рисунок 18).

Самой характерной чертой строения гипериид являются крупные фасеточные глаза, занимающие большую часть головы. Тело каплеобразное, передняя часть широкая, вздутая, задняя сужена. Покровы тонкие, часто прозрачные.

Рисунок 18 – Представитель Подотряда Hyperiidea

У бокоплавов тело сплюснуто с боков (рисунок 19). В отличие от большинства групп высших раков, бокоплавы лишены карапакса – черта, независимо приобретённая равноногими раками. Первый сегмент груди слит с головой, его конечности преобразованы в ногочелюсти. Остальные 7 торакомеров остаются свободными и образуют грудной отдел – переон.

Рисунок 19 – Представитель Подотряда Gammaridea

Грудные ноги бокоплавов неодинаковы по строению. Первые две пары заканчиваются ложными клешнями, служащими для захвата пищи. Следующие две пары ног заканчиваются коготками, направленными назад, а три последние пары – более длинные с направленными вперёд коготками. Лишенные клешней конечности используются бокоплавами для передвижения по субстрату. Жабры отходят от первых члеников конечностей II-VII грудных сегментов (в редких случаях только на III-VI).

Брюшко делится на два отдела – плеосому и уросому, каждый из которых состоит из трех сегментов. Сегменты плеосомы несут плавательные двуветвистые конечности – плеоподы. На сегментах уросомы расположены также двуветвистые прыгательные ноги – уроподы. На конце брюшка расположена анальная лопасть, не гомологичная тельсону других ракообразных.

Капреллиды (рисунок 20) отличаются, главным образом тем, что первый грудной сегмент сросся с головой, а потому и первая пара ног находится на горле, ноги оканчиваются крючками и 3-я и 4-я пара часто отсутствуют; брюшной отдел зачаточный без конечностей или с недоразвитыми. Они отличаются очень вытянутым тонким телом, мешковидными жабрами на 2-4 или 3-4 члениках и состоящим не более как из 5 члеников брюшком с 1-3 парами недоразвитых ног (а у самок часто без ног). Живут в морях, ползая по водорослям, гидроидам и т. д. и питаясь мелкими животными. Наиболее обыкновенный род Caprella, с 5 парами грудных ног, жабрами лишь на 3-м и 4-м члениках груди и одночленистым зачатком брюшного отдела.

Рисунок 20 – Представитель Подотряда Caprellidea.

Отряд Euphausiacea. Эвфаузиевые – планктонные ракообразные. По внешнему виду напоминают мелких креветок. Тело полупрозрачное, карапакс на спинной стороне срастается со всеми грудными сегментами, боковые края карапакса короткие, оставляют открытыми кустистые жабры. Глаза стебельчатые, большие, черные (рыбаки называют эвфазиид «черноглазки»), имеется небольшой рострум. Грудной отдел несет 8 пар ног. Брюшной отдел состоит из 6 сегментов; брюшные ноги хорошо развиты, выполняют плавательные функции. На глазных стебельках, на основании 2-й и 7-й пар грудных ног, на нижней стороне брюшных сегментов имеются фотофоры (органы свечения) (рисунок 21).

Рисунок 21 – Представитель Отряда Euphausiacea

Тип Chaetognata (щетинкочелюстные) (рисунок 22). Небольшая группа (около 40 видов) типично морских планктонных организмов. Размеры 1-9 см, тело прозрачное, удлиненное.

По бокам тела 1-2 пары боковых плавников, на заднем конце – непарный хвостовой. Плавники не способны к самостоятельному движению. Изгибая тело, хетогнаты производят быстрые скачкообразные движения (еще одно название щетинкочелюстных – «морские стрелки»).

Голова вооружена сильным ловчим аппаратом из 2-х пучков щетинок-крючьев, способных быстро раздвигаться и захлопываться, захватывая добычу, нередко более крупную, чем сам хищник.

Рисунок 22 – Представитель Отряда Chaetognata

На голове имеются два крупных глаза. Органы дыхания, выделения и кровеносная система отсутствуют.

Продукция хищного зоопланктона морей создается в основном щетинкочелюстными. Основу рациона щетинкочелюстных составляют копеподы. Хетогнаты являются пищевыми конкурентами молоди многих видов рыб, в частности, минтая. Распространены во всех морях и океанах. Совершают суточные и вертикальные миграции.

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) установить, какие адаптации к парению имеются у копепод, щетинкочелюстных, гипериид, эвфаузид.

Материалы и оборудование: моновидовые пробы зоопланктона, бинокулярный микроскоп, препаровальные иглы, чашки Петри, определители.

Контрольные вопросы:

1. Дать определение понятию «планктон».

2. Назовите адаптации к парению, характерные для планктона.

3. Укажите приспособления, имеющиеся у планктонных организмов для повышения сопротивления формы.

4. Приспособления планктонных организмов для уменьшения остаточного веса.

5. Значение планктона в водных экосистемах.

6. Какие систематические группы играют основную роль в зоопланктоне морей?

7. Причины и значение вертикальных миграций планктона.

Лабораторная работа 5