Распределение морских животных
Необходимость использования солнечной энергии ограничивает глубину проникновения морских растений фотической (световой) зоной. Распространение же морских животных ограничивается лишь обилием пищи и кислорода, поэтому животные обитают на всех глубинах от поверхностного слоя до дна глубочайших океанических впадин. Животные, обитающие в толще воды, называются пелагическими, а населяющие дно — бентосными. Пелагические животные состоят из зоопланктона, который пассивно дрейфует с течениями, и нектона — активно перемещающихся форм. Бентосные животные населяют дно или внедряются в верхние слои донных отложений. Бактерии в свою очередь становятся пищей для животных. На малых глубинах фотическая (световая) и бентосная зоны совпадают и растения способны жить на дне. Вертикальное перемешивание на малых глубинах охватывает всю толщю вод, так что шельф часто отличается высокой продуктивностью и служит местом интенсивного рыболовства.
Планктонные животные
Фораминиферы (Foraminifera). Белые обрывы Дувра — одна из приметных черт южного побережья Англии. Эти белые обрывы сложены преимущественно из мела. Изучение мела под микроскопом показывает, что он состоит из кристаллов карбоната кальция. Вернее, это совокупность бесчисленных мелких раковинок диаметром около 1 мм. Поскольку слой мела имеет толщину около 500 м. Раковины являются останками одноклеточных животных глобигерин (Globigerina) из отряда фораминифер. Такие же тончайшие раковины часто встречаются и в известковом глобигериновом иле. Английские меловые отложения состоят из глобигеринового ила, который образовался на дне океана в течение мелового периода. Тщательное исследование тончайших раковинок показывает, что они пронизаны мельчайшими отверстиями. Отсюда и латинское название Foraminifera — несущее отверстие. Через эти отверстия вытягиваются наружу радиальные нити протоплазмы, служащие для захвата и переваривания пищи. Первоначально фораминифера состоит из комочка протоплазмы, окруженной известковым панцирем. По мере роста животного протоплазма выступает из панциря и образует вокруг себя новую известковую оболочку. Так фораминиферы по мере роста постепенно увеличивают число отдельных соединяющихся между собой камер, заполненных протоплазмой. Радиолярии (Radiolaria). В то время как фораминиферы троят спиралевидные известковые раковины, представители другого подкласса — радиолярии, или лучевики, строят свои раковины из кремния. Если жилище фораминифер — пористая раковина, то радиолярии внешне представляют собой сложное переплетение кремниевых перемычек, украшенных шипами. Некоторые из этих мельчайших животных, диаметром от 50 до 400 мкм, имеют скелетную структуру, которая могла бы послужить иллюстрацией для учебников классической геометрии. Другие выглядят подобно творениям современных скульпторов. Радиолярии, собранные экспедицией на «Челленджере», были изучены немецким биологом Эрнстом Геккелем (1834—1919). Он описал 4000 новых видов и иллюстрировал свой отчет 140 таблицами и рисунками этих прекрасных созданий. Подобно останкам диатомовых и фораминифер останки радиолярий образуют радиоляриевые илы в глубоководных участках моря. Кишечнополостные (Coelenterata). Животные, принадлежащие к типу кишечнополостных, имеют трубковидное тело с двухслойными стенками, окружающими внутреннюю пищеварительную полость. Щупальца служат для захвата и переноса пищи к ротовому отверстию. Большие дрейфующие медузы относятся к классу сцифоидных (Scyphozoa) и передвигаются в воде посредством пульсирующих сокращений своего колокола. Некоторые из больших Медуз достигают 2 м в диаметре. Тогда как сцифоидные медузы представлены преимущественно в пелагиали, другой входящий в тип кишечнополостных класс коралловых полипов (Anthozoa) представлен преимущественно в бентосе в виде прикрепленных на дне, одиночных и колониальных полипов. К этому классу относятся актинии, или морские анемоны, кораллы и альционарии. Морские анемоны можно встретить в лужах воды, остающихся при отливе в морях умеренного пояса, тогда как кораллы и альционарии обитают только в тропических водах.. Отдельные кораллы могут встречаться среди бентосных группировок афотической (бессветовой) зоны, но распространение рифообразующих кораллов ограничено фотической (световой) зоной. Гребневики (Ctenophora) — небольшие, медузовидные сферические планктонные формы. Они часто очень многочисленны и активно питаются более мелкими планктёрами. Морские черви — животные, обитающие в планктоне. В основном относятся к трем систематическим группам: подтипу Плоских червей (Plathelminthes), типу щетинкочелюстных, или стрелкам (Chaetognatha) и подтипу кольчатых (Annelida). В то время как плоские и кольчатые черви главным образом представлены в бентосе, щетинкочелюстные — типичные планктёры. Они имеют плавники, служащие для передвижения в воде, подвижные щетинки, похожие на челюсти, и зубы для удерживания добычи. Они широко распространены как по глубинам, так и по широтам, но встречаются только в открытом океане. Членистоногие (Arthropoda) по сравнению с другими типами животных отличаются наибольшим разнообразием — к ним относится более 80% всех известных современных видов. Большинство из них наземные насекомые, однако представители класса ракообразных (Crustacea) являются важной составной частью планктона как по числу видов, так и по общей численности. Обнаружены они значительно раньше цефалокарид — в 1943 г. на американском побережье Атлантического океана. В Дал?" нейшем они были обнаружены на атлантическом побережье Европы и Африки и вдоль почти всех берегов западной половины Средиземного моря, далее в Южной Африке и, наконец, в Чили. Два подкласса ракообразных — цефалокариды (Cephalocarida) и мистакокариды (Mystacocarida) — были совсем недавно открыты в проливе Лонг-Айленд. Это недавнее открытие в сравнительно хорошо исследованном районе доказывает, что можно ожидать других важнейших дополнений к списку известных организмов океана. К подклассу жаброногих ракообразных (Branchiopoda) относятся крошечные солоноводные рачки артемии (p. Artemid), единственные представители членистоногих в водах с очень высокой соленостью. Представители подклассов остракод, или ракушковых ракообразных (Ostracoda) и циррипедий, или усоногих ракообразных (Cirripedia) сильно отличаются друг от друга по внешнему виду. Остракоды имеют небольшие двухстворчатые головогрудные щитки в форме раковинки и внешне значительно больше похожи на моллюсков, чем на членистоногих. Они обитают в толще вод и на дне. Циррипедий, или усоногие ракообразные, имеющие известковые раковинки, прикрепляются к скалам и другим подводным субстратам, а часто и к движущимся объектам, включая и других животных. Копеподы — веслоногие рачки — наиболее многочисленные представители мелких ракообразных в планктоне. Их размеры варьируют от 0,3 до 10 мм, и во многих районах Мирового океана они составляют более 70% объема всего зоопланктона. Некоторые виды копепод обитают в бентосных группировках, часть видов относится к числу паразитических форм. Более крупные ракообразные входят в состав подкласса высших ракообразных (Malacostraca). К ним, например, принадлежат чрезвычайно многочисленные эвфаузииды (Euphau-sia superba), составляющие так называемый криль. В антарктических районах криль служит главной пищей для китов. В антарктических водах криль распространен в виде пятен. Скопления эвфаузиид настолько плотны, что окрашивают воду в красный цвет. Эти пятна криля достигают толщины 1—2 м, а протяженность их от нескольких метров до нескольких сотен метров. Самые крупные представители ракообразных входят в состав отряда декапод, десятиногих ракообразных (Decapoda), который включает в себя плавающие формы (Natantia), такие, как креветки, и ползающие (Reptantia). К последним относятся, в частности, крабы и омары. Первичнохордовые (Protochordata) включают в свой состав многие планктонные и бентосные виды. Из них наибольшее значение в этих группировках имеют представители подтипа оболочников (Urochordata, или Tunicata). Особо интересны среди них многочисленные аппендикулярии ойкоплеуры (Арpendicularia, Oikopleura). Это небольшие животные длиной около 3 мм, строящие изящный полупрозрачный желатиновидный домик, имеющий особый механизм, через который прокачивается вода, при этом происходит фильтрация мельчайшего фитопланктона, служащего ойкоплеурам пищей. Когда фильтры забиваются и перестают работать, животное покидает домик и строит новый. Фильтрующая мембрана домика исключительно тонка и обладает способностью отфильтровывать пищевые частицы дна.
Губки (Porifera, или Spongla). Закончив краткий обзор главных систематических групп, представители которых в основном обитают в планктоне, перейдем к бентосу. Наиболее примитивными, прикрепленными животными являются губки (тип Porifera). Форма губок очень разнообразна. Некоторые виды губок похожи на вазы или бокалы, прикрепленные ко дну. Пищевые частички они получают из воды, втягиваемой через многочисленные поры, пронизывающие стенки тела. Далее вода выталкивается через крупное отверстие — устье, или оскулум. Губки могут достигать очень больших размеров, некоторые из них настолько крупны, что в центральном углублении «бокала» мог бы поместиться водолаз. Стенки тела укреплены внутренними скелетными образованиями в виде многочисленных игл-спикул, которые обычно состоят из кремния, но могут быть и известковыми.
Мшанки (Bryozoa) представляют собой либо животных, внешне напоминающих мох, либо мелкие корковидные формы, покрывающие подводные предметы. Это колониальные животные, имеющие роговые или известковые скелетные образования, среди которых располагаются отдельные особи, вытягивающие свои щупальца, служащие для питания. Мшанки имеют более сложное внутреннее строение, чем кораллы, на которых они похожи по образу жизни. Брахиоподы (плеченогие) (Brachiopoda) — животные, обладающие двустворчатой раковиной, напоминающей таковую у двустворчатых моллюсков, у которых имеются правая и левая створки. Но в отличие от них брахиоподы имеют верхнюю и нижнюю створки. Они прикрепляются к скалам с помощью ножки — особого стебелька. Поскольку форма нижней створки несколько напоминает древнюю масляную лампу, брахиопод иногда называют ламповыми раковинками. Моллюски (Moltusca). Хотя большая часть моллюсков — донные животные, некоторые виды ведут пелагический образ жизни. Характерная особенность многих моллюсков — наличие хорошо развитых мышечных образований, расположенных ниже внутренних органов. Наиболее примитивный класс моноплакофора (Monoptacophora) считался вымершим еще в палеозое, однако в 1957 г. с глубин моря были извлечены живые особи, отнесенные к роду неопилина (Neopilina). Боконервные, или хитоны (Amphineura),— класс небольших уплощенных животных с раковинками, обычно состоящими из 8 пластинок. Они передвигаются с помощью широкой мускулистой ноги и часто встречаются в приливной зоне. Класс гастропод, или брюхоногих моллюсков (Gastropoda), включает в себя голожаберных, морских улиток, багрянок, букуинумов, нептуней (Buccinum, Frochus, Neptunea, Fusus и т. д.) и блюдечек (Астаеа). Большинство видов имеет спиральные раковины. Хотя большинство гастропод в основном обитает на дне и входит в состав бентоса, некоторые, в частности птероподы, или крылоногие (Pteropoda), приспособились к пелагическому существованию, входя в состав планктона. Их ноги приспособлены для плавания. В некоторых районах Бивальвия, или двустворчатые моллюски (Blvatvia), известные также как пелецигтоды (Pelecypoda), включают в свой состав двустворок, закапывающихся в песок, маком, геллин, йольдий и др. или прикрепляющихся к подводным скалам, камням и т. п., устриц, мидий и др. Характерная их черта — наличие двух симметричных створок и клинообразной ноги. Створки соединяются мускулами. Многие двустворчатые моллюски обитают, зарывшись в ил, и питаются, фильтруя морскую воду, однако некоторые виды прикрепляются к скалам или деревянному субстрату. Цефалоподы, или головоногие моллюски (Cephalopoda), объединяют разнообразные классы, включающие кальмаров, осьминогов, наутилусов. Кальмары, обитающие в пелагиали, могут передвигаться с большой скоростью, выбрасывая из внутримантийной полости через воронкообразную трубку сильную струю воды, сжатой при сокращении мышц. Некоторые кальмары достигают больших размеров, до 16 м в длину вместе с вытянутыми щупальцами, Осьминоги имеют сильные присоски на щупальцах и живут на дне. Наутилусы имеют тонкостенную раковину, нарастающую по спирали по мере роста животного. Иглокожие (Echinodermata). Тип иглокожих объединяет донных животных с известковыми иглами, или спикулами, на внешней поверхности тела. Представители класса морских лилий (Crinoidea) обитают на морском дне. Они широко распространены на различных глубинах морей разных широт. В прошлые геологические эпохи морские лилии были доминирующими в фауне мелководных морей, и останки их известковых стеблей образуют мощные пласты криноидных известняков. Голотурии, или морские огурцы (Holothuroidea), обитают на морском дне. Некоторые голотурии питаются отмершими органическими остатками, которые они с помощью щупалец извлекают из морских осадков. Другие виды просто заглатывают поверхностный ил, переваривают его и извергают остальное через анальное отверстие. Морские звезды (Asteroidea) распространены преимущественно в прибрежных водах, но встречаются и на значительных глубинах. Они имеют пять лучей, радиально расходящихся от центрального диска, с низу которого находится ротовое отверстие. Офиуры, или змеехвостки (Ophiuroidea), отличаются от морских звезд тем, что имеют сильно вытянутые тонкие лучи, заметно отделенные от центрального диска и значительно превосходящие его по длине. Офиуры, иногда называемые хрупкими звездами, обычно обитают на больших глубинах. Венцом класса иглокожих являются эхинодеи (Echinoidea) — морские ежи, сферическое или дискообразное тело которых покрыто щитками с многочисленными, радиально направленными подвижными иглами. Некоторые морские ежи поселяются в углублениях, которые они сами вытачивают в рифах. У некоторых видов морских ежей у основания игл имеются светочувствительные органы, которые служат для ориентировки игл в направлении приближающегося объекта, что помогает животному обороняться при нападении.
Нектон
Из беспозвоночных только некоторые моллюски, такие как кальмары и осьминоги, способны стремительно передвигаться. Большая часть животных, входящих в состав нектона, относится к типу хордовых (Chordata), который включает в себя большое число морских животных, начиная от миног до китов и белух. Кроме рыб и водных млекопитающих, некоторые рептилии и птицы также получают свою пищу из моря; многие из них активно плавают на поверхности моря. Наиболее примитивен подкласс бесчелюстных (Agnatha). В него входит класс круглоротых (Cyclostomata). У морских миног и миксин круглые бесчелюстные сосущие рты, с помощью которых они прикрепляются к своей добыче и высасывают ее. Миноги нередко проникают через рот или жаберные щели погибшей или гибнущей рыбы и выедают ее Целиком, не оставляя ничего, кроме кожи и костей. Перейдем к щележаберным (Elasmobranchii), к которым относятся акулы и скаты. Скелет у них хрящевой, кожа покрыта не чешуей, а особыми пластинками с шипами. Зубы их также представляют собой не что иное, как модифицированные шипы, растущие несколькими рядами в складках ткани на хрящевых челюстях. Как только часть острых зубов Стирается, они замещаются новыми из следующего ряда. Костные рыбы (Osteichthyes) имеют зубы, вырастающие на костных челюстях, скелет костный, кожа их покрыта чешуйками. Многие рыбы приспособлены к быстрому передвижению в воде и очень разнообразны по очертаниям. Большинство Костных рыб входит в состав нектона, но некоторые виды, например камбалы, обитают у дна, даже частично закапываясь Жизнь в море
Рептилии, или пресмыкающиеся (Reptilia), представлены в океане змеями и черепахами. Они дышат воздухом и поэтому могут оставаться под водой ограниченное время. Морские черепахи выходят на берег только для того, чтобы отложить свои яйца; их лапы, имеющие форму плавников, более приспособлены для плавания, чем для ходьбы. Класс птиц (Aves) содержит много групп, представители которых добывают свою пищу исключительно в море. Некоторые из них возвращаются на берег только в гнездовой период для насиживания яиц и выведения птенцов. Некоторые птицы, например пингвины, не могут летать, но превосходно плавают, в том числе и под водой. В плодородии многих прибрежных акваторий, например у побережья Перу, птицы, питающиеся рыбой, играют важную роль. Их экскременты, так называемое гуано, собирают в огромном количестве в районах гнездований. Они используются в качестве удобрений. Млекопитающие (Mammalia) представлены различными систематическими группами, представители которых адаптировались к жизни в море. В Северном Ледовитом океане обитает белый медведь, хороший пловец и сильный хищник, питающийся другими обитателями моря. Такие млекопитающие, как, например, тюлени, белухи, ламантины и киты, являются исключительно морскими животными. Голубые киты — самые крупные животные на Земле, достигающие в длину 34 м и массы свыше 105 кг,— вырастают до таких гигантских размеров, питаясь мелкими ракообразными — эвфаузиидами, составляющими криль. Все млекопитающие дышат воздухом и поэтому вынуждены всплывать на поверхность, чтобы сделать вдох.
Дыхание
Всем животным необходим кислород, для того чтобы получать энергию путем окисления органического вещества углекислого газа. За исключением дышащих воздухом млекопитающих, все морские животные используют кислород, растворенный в морской воде. Простейшие поглощают растворенный кислород через стенки клеток и таким же путем выделяют в океан углекислый газ. Животные с циркуляционной системой имеют жабры, в которых происходит обмен того и друг газа (углекислый газ и кислород) между внутренней жесткостью организма и морской водой. Жабры представляют собой тончайшие лепестки с очень большой общей поверхностью» что и обеспечивает быстрый газообмен. Наружная поверхность этого органа должна непрерывно омываться струями морской воды, а внутренняя — циркулирующей внутренней жидкостью. Рыба заглатывает воду, затем закрывает рот и сокращением мышц проталкивает воду через жабры, вода омывает их лепестки, внутри которых по капиллярным сосудам подается кровь, насыщенная углекислым газом, и в это время происходит газообмен. У щележаберных, акул и скатов вода проходит через специальные жаберные щели, которых обычно по пять с каждой стороны. Жабры костных рыб имеют «жаберные крышки — клапаны, открывающиеся с каждого бока рыбы. Точно так же, как у рыб в жабрах обеспечивается обмен углекислым газом и кислородом между внутренней жидкостью и морской водой, у млекопитающих в легких происходит газообмен между кровью и воздухом. Поскольку плотность газа очень мала, при дыхании воздух вовлекается в систему небольших сферических полостей — альвеол, окруженных капиллярными сосудами, в которых циркулирует кровь.
Человек в море
Теперь рассмотрим некоторые проблемы, которые возникают перед человеком, когда он хочет погрузиться под воду и находиться там более или менее длительное время. Для дыхания он должен иметь постоянное снабжение кислородом, а углекислый газ необходимо удалять. При плавании у поверхности воды и нырянии на небольшую глубину можно пользоваться короткой трубкой — шноркелем, выставленной над поверхностью. В этом случае воздух поступает в легкие под давлением 1 атм. Но по мере погружения под воду давление будет возрастать на 1 атм на каждые 10 м увеличения глубины. В результате разница между внешним давлением воды на погрузившееся тело и внутренним давлением в брюшной по лости и грудной клетке делает дыхание невозможным. Предельная разность давления, при которой дыхание еще может обеспечиваться работой мышц грудной клетки, возникает уже на глубине 50 см. Поэтому шноркель способен обеспечивать подачу воздуха только при плавании у поверхности, он непригоден при плавании даже на немного большей глубине. Если человек хочет погрузиться глубже, он должен, сделав вдох, задержать дыхание. Тогда по мере возрастания наружного давления с глубиной грудная клетка будет сдавливаться, воздух, находящийся внутри легких, сжимается и его давление уравновесится с внешним давлением. Соответственно увеличится и давление кислорода в легких, и через стенки капиллярных сосудов он будет поступать в кровь. Однако при сжатии легких одновременно возрастает и давление углекислого газа. В результате углекислый газ не сможет удаляться из крови в воздух, а наоборот, будет поступать в кровь. Поэтому первостепенное значение при автономных погружениях под воду играет не недостаток кислорода, а неспособность сжимаемых легких удалять из крови СО2. По мере накопления опыта ныряльщик может задерживать дыхание максимально на 8—10 мин в случае нахождения в состоянии покоя или не более чем на 5 мин при активном плавании. Для дыхания под водой водолаз должен обеспечиваться воздухом под давлением, равным давлению окружающей его воды. Это обеспечивается применением акваланга, изобретенного Ж.И. Кусто и Э. Ганьяном. Акваланг состоит из заполненных сжатым воздухом одного или нескольких баллонов, соединенных через специальный регулятор и далее через резиновый патрубок с загубником. Эти баллоны ремнями, прикрепляются к спине подводного пловца-аквалангиста. Регулятор автоматически дозирует подачу воздуха аквалангисту в зависимости от давления окружающей среды. Выдыхаемый из легких воздух попадает в воду, а из баллонов в легкие поступает свежий воздух. Акваланг достаточно хорошо обеспечивает нахождение подводного пловца на сравнительно небольших глубинах, однако при погружении в более глубокие слои возникают новые проблемы, связанные с возрастанием сжатия воздуха в легких. При таком повышении давления входящие в состав атмосферного воздуха азот и кислород начинают оказывать вредное физиологическое воздействие. По достижении давления 3 атм кислород становится токсичным, а при повышении давления До 3—4 атм азот оказывает опьяняющее действие на человека. Чтобы преодолеть эти ограничения, для погружения на глубины более 30 м составляется специальная дыхательная смесь. По сравнению с обычным атмосферным воздухом в этой смеси меньше процентное содержание кислорода, а. азот в ней замещен другим инертным газом, например гелием, который не оказывает опьяняющего действия. Легкие погруженного аквалангиста заполняются смесью газов, общее давление которой равняется внешнему давлению. Эти газы растворяются в крови, причем способность их растворяться прямо пропорциональна давлению. Следовательно, по мере увеличения глубины количество газа, растворенного в крови, будет возрастать. Если водолаз находится на определенной глубине достаточно долгое время, его кровь насыщается газами соответственно давлению на той глубине, на которой он находится. При подъеме водолаза на меньшие глубины давление уменьшается и может возникнуть перенасыщение крови газами. В результате газ начинает бурно выделяться ИЗ крови, что сопровождается образованием крохотных пузырьков газа в кровеносных сосудах, которые сильно нарушают кровообращение. Это приводит к очень болезненному, а иногда и смертельно опасному состоянию, известному под названием кессонная болезнь. Чтобы избежать образования пузырьков газа в крови в результате резкого снижения давления, подъем водолаза должен производиться очень медленно. Постепенная декомпрессия позволит газу нормально выделяться из крови через легкие до тех пор, пока его содержание в крови не уравняется с внешним давлением. Таким образом, подъем водолаза к поверхности моря производится ступенчато, после короткого медленного подъема производится остановка и выдержка в течение времени, достаточного для того, чтобы позволить избытку газа выделиться из крови через легкие. Если водолаз находился на глубине в течение непродолжительного срока, его кровь менее насыщена газом, и, следовательно, время декомпрессии может быть существенно сокращено. При возвращении на поверхность моря водолаз должен пройти профилактическую декомпрессию, продолжительность которой определяется максимальной глубиной погружения и временем пребывания там. То, что большая часть времени пребывания водолаза под водой затрачивается на декомпрессию, очень ограничивает возможности подводных работ. Для увеличения производительности труда водолазов проектируются и применяются всевозможные типы подводных жилищ, в которых водолазы могли бы находиться в течение достаточно длительного времени на определенной глубине. Благодаря тому, что в подводном жилище давление поддерживается такое же, как и во внешней среде, работающим на той же глубине водолазам при смене не придется тратить много времени на декомпрессию. Таким образом, водолазы смогут значительно больше работать на глубине и должны будут проходить декомпрессию только один раз при возвращении к поверхности моря. Обитающие в море животные чрезвычайно многообразны как по форме, так и по образу жизни. Многие планктонные Животные имеют известковые и кремниевые скелетики, которые, отлагаясь на дне моря, образуют мягкие осадки, так называемые илы. В планктоне наиболее богато представлены членистоногие, или артроподы (Arthropoda), тогда как в бентосе часто преобладают моллюски (Mollusca) и иглокожие (Echinodermata). Наиболее активные пловцы в море принадлежат к типу хордовых, в состав которого входят бесчелюстные, хрящевые и костные рыбы, а также морские млекопитающие. Большинство животных, обитающих в море, используют для дыхания кислород, растворенный в морской воде. Более высоко организованные животные имеют жабры, обеспечивающие обмен кислородом и углекислым газом между циркулирующей в теле животных жидкостью и окружающей их морской водой. Млекопитающие в связи с тем, что они дышат атмосферным воздухом, должны всплывать к поверхности для выделения углекислого газа и поглощения кислорода. Акваланг позволяет исследовать главным образом мелководные участки морей, однако возможности таких исследований резко ограничены особенностями физиологии человеческого организма.
Необходимость использования солнечной энергии ограничивает глубину проникновения морских растений фотической (световой) зоной. Распространение же морских животных ограничивается лишь обилием пищи и кислорода, поэтому животные обитают на всех глубинах от поверхностного слоя до дна глубочайших океанических впадин. Животные, обитающие в толще воды, называются пелагическими, а населяющие дно — бентосными. Пелагические животные состоят из зоопланктона, который пассивно дрейфует с течениями, и нектона — активно перемещающихся форм. Бентосные животные населяют дно или внедряются в верхние слои донных отложений. Бактерии в свою очередь становятся пищей для животных. На малых глубинах фотическая (световая) и бентосная зоны совпадают и растения способны жить на дне. Вертикальное перемешивание на малых глубинах охватывает всю толщю вод, так что шельф часто отличается высокой продуктивностью и служит местом интенсивного рыболовства.
Планктонные животные
Фораминиферы (Foraminifera). Белые обрывы Дувра — одна из приметных черт южного побережья Англии. Эти белые обрывы сложены преимущественно из мела. Изучение мела под микроскопом показывает, что он состоит из кристаллов карбоната кальция. Вернее, это совокупность бесчисленных мелких раковинок диаметром около 1 мм. Поскольку слой мела имеет толщину около 500 м. Раковины являются останками одноклеточных животных глобигерин (Globigerina) из отряда фораминифер. Такие же тончайшие раковины часто встречаются и в известковом глобигериновом иле. Английские меловые отложения состоят из глобигеринового ила, который образовался на дне океана в течение мелового периода. Тщательное исследование тончайших раковинок показывает, что они пронизаны мельчайшими отверстиями. Отсюда и латинское название Foraminifera — несущее отверстие. Через эти отверстия вытягиваются наружу радиальные нити протоплазмы, служащие для захвата и переваривания пищи. Первоначально фораминифера состоит из комочка протоплазмы, окруженной известковым панцирем. По мере роста животного протоплазма выступает из панциря и образует вокруг себя новую известковую оболочку. Так фораминиферы по мере роста постепенно увеличивают число отдельных соединяющихся между собой камер, заполненных протоплазмой. Радиолярии (Radiolaria). В то время как фораминиферы троят спиралевидные известковые раковины, представители другого подкласса — радиолярии, или лучевики, строят свои раковины из кремния. Если жилище фораминифер — пористая раковина, то радиолярии внешне представляют собой сложное переплетение кремниевых перемычек, украшенных шипами. Некоторые из этих мельчайших животных, диаметром от 50 до 400 мкм, имеют скелетную структуру, которая могла бы послужить иллюстрацией для учебников классической геометрии. Другие выглядят подобно творениям современных скульпторов. Радиолярии, собранные экспедицией на «Челленджере», были изучены немецким биологом Эрнстом Геккелем (1834—1919). Он описал 4000 новых видов и иллюстрировал свой отчет 140 таблицами и рисунками этих прекрасных созданий. Подобно останкам диатомовых и фораминифер останки радиолярий образуют радиоляриевые илы в глубоководных участках моря. Кишечнополостные (Coelenterata). Животные, принадлежащие к типу кишечнополостных, имеют трубковидное тело с двухслойными стенками, окружающими внутреннюю пищеварительную полость. Щупальца служат для захвата и переноса пищи к ротовому отверстию. Большие дрейфующие медузы относятся к классу сцифоидных (Scyphozoa) и передвигаются в воде посредством пульсирующих сокращений своего колокола. Некоторые из больших Медуз достигают 2 м в диаметре. Тогда как сцифоидные медузы представлены преимущественно в пелагиали, другой входящий в тип кишечнополостных класс коралловых полипов (Anthozoa) представлен преимущественно в бентосе в виде прикрепленных на дне, одиночных и колониальных полипов. К этому классу относятся актинии, или морские анемоны, кораллы и альционарии. Морские анемоны можно встретить в лужах воды, остающихся при отливе в морях умеренного пояса, тогда как кораллы и альционарии обитают только в тропических водах.. Отдельные кораллы могут встречаться среди бентосных группировок афотической (бессветовой) зоны, но распространение рифообразующих кораллов ограничено фотической (световой) зоной. Гребневики (Ctenophora) — небольшие, медузовидные сферические планктонные формы. Они часто очень многочисленны и активно питаются более мелкими планктёрами. Морские черви — животные, обитающие в планктоне. В основном относятся к трем систематическим группам: подтипу Плоских червей (Plathelminthes), типу щетинкочелюстных, или стрелкам (Chaetognatha) и подтипу кольчатых (Annelida). В то время как плоские и кольчатые черви главным образом представлены в бентосе, щетинкочелюстные — типичные планктёры. Они имеют плавники, служащие для передвижения в воде, подвижные щетинки, похожие на челюсти, и зубы для удерживания добычи. Они широко распространены как по глубинам, так и по широтам, но встречаются только в открытом океане. Членистоногие (Arthropoda) по сравнению с другими типами животных отличаются наибольшим разнообразием — к ним относится более 80% всех известных современных видов. Большинство из них наземные насекомые, однако представители класса ракообразных (Crustacea) являются важной составной частью планктона как по числу видов, так и по общей численности. Обнаружены они значительно раньше цефалокарид — в 1943 г. на американском побережье Атлантического океана. В Дал?" нейшем они были обнаружены на атлантическом побережье Европы и Африки и вдоль почти всех берегов западной половины Средиземного моря, далее в Южной Африке и, наконец, в Чили. Два подкласса ракообразных — цефалокариды (Cephalocarida) и мистакокариды (Mystacocarida) — были совсем недавно открыты в проливе Лонг-Айленд. Это недавнее открытие в сравнительно хорошо исследованном районе доказывает, что можно ожидать других важнейших дополнений к списку известных организмов океана. К подклассу жаброногих ракообразных (Branchiopoda) относятся крошечные солоноводные рачки артемии (p. Artemid), единственные представители членистоногих в водах с очень высокой соленостью. Представители подклассов остракод, или ракушковых ракообразных (Ostracoda) и циррипедий, или усоногих ракообразных (Cirripedia) сильно отличаются друг от друга по внешнему виду. Остракоды имеют небольшие двухстворчатые головогрудные щитки в форме раковинки и внешне значительно больше похожи на моллюсков, чем на членистоногих. Они обитают в толще вод и на дне. Циррипедий, или усоногие ракообразные, имеющие известковые раковинки, прикрепляются к скалам и другим подводным субстратам, а часто и к движущимся объектам, включая и других животных. Копеподы — веслоногие рачки — наиболее многочисленные представители мелких ракообразных в планктоне. Их размеры варьируют от 0,3 до 10 мм, и во многих районах Мирового океана они составляют более 70% объема всего зоопланктона. Некоторые виды копепод обитают в бентосных группировках, часть видов относится к числу паразитических форм. Более крупные ракообразные входят в состав подкласса высших ракообразных (Malacostraca). К ним, например, принадлежат чрезвычайно многочисленные эвфаузииды (Euphau-sia superba), составляющие так называемый криль. В антарктических районах криль служит главной пищей для китов. В антарктических водах криль распространен в виде пятен. Скопления эвфаузиид настолько плотны, что окрашивают воду в красный цвет. Эти пятна криля достигают толщины 1—2 м, а протяженность их от нескольких метров до нескольких сотен метров. Самые крупные представители ракообразных входят в состав отряда декапод, десятиногих ракообразных (Decapoda), который включает в себя плавающие формы (Natantia), такие, как креветки, и ползающие (Reptantia). К последним относятся, в частности, крабы и омары. Первичнохордовые (Protochordata) включают в свой состав многие планктонные и бентосные виды. Из них наибольшее значение в этих группировках имеют представители подтипа оболочников (Urochordata, или Tunicata). Особо интересны среди них многочисленные аппендикулярии ойкоплеуры (Арpendicularia, Oikopleura). Это небольшие животные длиной около 3 мм, строящие изящный полупрозрачный желатиновидный домик, имеющий особый механизм, через который прокачивается вода, при этом происходит фильтрация мельчайшего фитопланктона, служащего ойкоплеурам пищей. Когда фильтры забиваются и перестают работать, животное покидает домик и строит новый. Фильтрующая мембрана домика исключительно тонка и обладает способностью отфильтровывать пищевые частицы дна.
Бентосные животные
Губки (Porifera, или Spongla). Закончив краткий обзор главных систематических групп, представители которых в основном обитают в планктоне, перейдем к бентосу. Наиболее примитивными, прикрепленными животными являются губки (тип Porifera). Форма губок очень разнообразна. Некоторые виды губок похожи на вазы или бокалы, прикрепленные ко дну. Пищевые частички они получают из воды, втягиваемой через многочисленные поры, пронизывающие стенки тела. Далее вода выталкивается через крупное отверстие — устье, или оскулум. Губки могут достигать очень больших размеров, некоторые из них настолько крупны, что в центральном углублении «бокала» мог бы поместиться водолаз. Стенки тела укреплены внутренними скелетными образованиями в виде многочисленных игл-спикул, которые обычно состоят из кремния, но могут быть и известковыми.
Мшанки (Bryozoa) представляют собой либо животных, внешне напоминающих мох, либо мелкие корковидные формы, покрывающие подводные предметы. Это колониальные животные, имеющие роговые или известковые скелетные образования, среди которых располагаются отдельные особи, вытягивающие свои щупальца, служащие для питания. Мшанки имеют более сложное внутреннее строение, чем кораллы, на которых они похожи по образу жизни. Брахиоподы (плеченогие) (Brachiopoda) — животные, обладающие двустворчатой раковиной, напоминающей таковую у двустворчатых моллюсков, у которых имеются правая и левая створки. Но в отличие от них брахиоподы имеют верхнюю и нижнюю створки. Они прикрепляются к скалам с помощью ножки — особого стебелька. Поскольку форма нижней створки несколько напоминает древнюю масляную лампу, брахиопод иногда называют ламповыми раковинками. Моллюски (Moltusca). Хотя большая часть моллюсков — донные животные, некоторые виды ведут пелагический образ жизни. Характерная особенность многих моллюсков — наличие хорошо развитых мышечных образований, расположенных ниже внутренних органов. Наиболее примитивный класс моноплакофора (Monoptacophora) считался вымершим еще в палеозое, однако в 1957 г. с глубин моря были извлечены живые особи, отнесенные к роду неопилина (Neopilina). Боконервные, или хитоны (Amphineura),— класс небольших уплощенных животных с раковинками, обычно состоящими из 8 пластинок. Они передвигаются с помощью широкой мускулистой ноги и часто встречаются в приливной зоне. Класс гастропод, или брюхоногих моллюсков (Gastropoda), включает в себя голожаберных, морских улиток, багрянок, букуинумов, нептуней (Buccinum, Frochus, Neptunea, Fusus и т. д.) и блюдечек (Астаеа). Большинство видов имеет спиральные раковины. Хотя большинство гастропод в основном обитает на дне и входит в состав бентоса, некоторые, в частности птероподы, или крылоногие (Pteropoda), приспособились к пелагическому существованию, входя в состав планктона. Их ноги приспособлены для плавания. В некоторых районах Бивальвия, или двустворчатые моллюски (Blvatvia), известные также как пелецигтоды (Pelecypoda), включают в свой состав двустворок, закапывающихся в песок, маком, геллин, йольдий и др. или прикрепляющихся к подводным скалам, камням и т. п., устриц, мидий и др. Характерная их черта — наличие двух симметричных створок и клинообразной ноги. Створки соединяются мускулами. Многие двустворчатые моллюски обитают, зарывшись в ил, и питаются, фильтруя морскую воду, однако некоторые виды прикрепляются к скалам или деревянному субстрату. Цефалоподы, или головоногие моллюски (Cephalopoda), объединяют разнообразные классы, включающие кальмаров, осьминогов, наутилусов. Кальмары, обитающие в пелагиали, могут передвигаться с большой скоростью, выбрасывая из внутримантийной полости через воронкообразную трубку сильную струю воды, сжатой при сокращении мышц. Некоторые кальмары достигают больших размеров, до 16 м в длину вместе с вытянутыми щупальцами, Осьминоги имеют сильные присоски на щупальцах и живут на дне. Наутилусы имеют тонкостенную раковину, нарастающую по спирали по мере роста животного. Иглокожие (Echinodermata). Тип иглокожих объединяет донных животных с известковыми иглами, или спикулами, на внешней поверхности тела. Представители класса морских лилий (Crinoidea) обитают на морском дне. Они широко распространены на различных глубинах морей разных широт. В прошлые геологические эпохи морские лилии были доминирующими в фауне мелководных морей, и останки их известковых стеблей образуют мощные пласты криноидных известняков. Голотурии, или морские огурцы (Holothuroidea), обитают на морском дне. Некоторые голотурии питаются отмершими органическими остатками, которые они с помощью щупалец извлекают из морских осадков. Другие виды просто заглатывают поверхностный ил, переваривают его и извергают остальное через анальное отверстие. Морские звезды (Asteroidea) распространены преимущественно в прибрежных водах, но встречаются и на значительных глубинах. Они имеют пять лучей, радиально расходящихся от центрального диска, с низу которого находится ротовое отверстие. Офиуры, или змеехвостки (Ophiuroidea), отличаются от морских звезд тем, что имеют сильно вытянутые тонкие лучи, заметно отделенные от центрального диска и значительно превосходящие его по длине. Офиуры, иногда называемые хрупкими звездами, обычно обитают на больших глубинах. Венцом класса иглокожих являются эхинодеи (Echinoidea) — морские ежи, сферическое или дискообразное тело которых покрыто щитками с многочисленными, радиально направленными подвижными иглами. Некоторые морские ежи поселяются в углублениях, которые они сами вытачивают в рифах. У некоторых видов морских ежей у основания игл имеются светочувствительные органы, которые служат для ориентировки игл в направлении приближающегося объекта, что помогает животному обороняться при нападении.
Нектон
Из беспозвоночных только некоторые моллюски, такие как кальмары и осьминоги, способны стремительно передвигаться. Большая часть животных, входящих в состав нектона, относится к типу хордовых (Chordata), который включает в себя большое число морских животных, начиная от миног до китов и белух. Кроме рыб и водных млекопитающих, некоторые рептилии и птицы также получают свою пищу из моря; многие из них активно плавают на поверхности моря. Наиболее примитивен подкласс бесчелюстных (Agnatha). В него входит класс круглоротых (Cyclostomata). У морских миног и миксин круглые бесчелюстные сосущие рты, с помощью которых они прикрепляются к своей добыче и высасывают ее. Миноги нередко проникают через рот или жаберные щели погибшей или гибнущей рыбы и выедают ее Целиком, не оставляя ничего, кроме кожи и костей. Перейдем к щележаберным (Elasmobranchii), к которым относятся акулы и скаты. Скелет у них хрящевой, кожа покрыта не чешуей, а особыми пластинками с шипами. Зубы их также представляют собой не что иное, как модифицированные шипы, растущие несколькими рядами в складках ткани на хрящевых челюстях. Как только часть острых зубов Стирается, они замещаются новыми из следующего ряда. Костные рыбы (Osteichthyes) имеют зубы, вырастающие на костных челюстях, скелет костный, кожа их покрыта чешуйками. Многие рыбы приспособлены к быстрому передвижению в воде и очень разнообразны по очертаниям. Большинство Костных рыб входит в состав нектона, но некоторые виды, например камбалы, обитают у дна, даже частично закапываясь Жизнь в море
Рептилии, или пресмыкающиеся (Reptilia), представлены в океане змеями и черепахами. Они дышат воздухом и поэтому могут оставаться под водой ограниченное время. Морские черепахи выходят на берег только для того, чтобы отложить свои яйца; их лапы, имеющие форму плавников, более приспособлены для плавания, чем для ходьбы. Класс птиц (Aves) содержит много групп, представители которых добывают свою пищу исключительно в море. Некоторые из них возвращаются на берег только в гнездовой период для насиживания яиц и выведения птенцов. Некоторые птицы, например пингвины, не могут летать, но превосходно плавают, в том числе и под водой. В плодородии многих прибрежных акваторий, например у побережья Перу, птицы, питающиеся рыбой, играют важную роль. Их экскременты, так называемое гуано, собирают в огромном количестве в районах гнездований. Они используются в качестве удобрений. Млекопитающие (Mammalia) представлены различными систематическими группами, представители которых адаптировались к жизни в море. В Северном Ледовитом океане обитает белый медведь, хороший пловец и сильный хищник, питающийся другими обитателями моря. Такие млекопитающие, как, например, тюлени, белухи, ламантины и киты, являются исключительно морскими животными. Голубые киты — самые крупные животные на Земле, достигающие в длину 34 м и массы свыше 105 кг,— вырастают до таких гигантских размеров, питаясь мелкими ракообразными — эвфаузиидами, составляющими криль. Все млекопитающие дышат воздухом и поэтому вынуждены всплывать на поверхность, чтобы сделать вдох.
Дыхание
Всем животным необходим кислород, для того чтобы получать энергию путем окисления органического вещества углекислого газа. За исключением дышащих воздухом млекопитающих, все морские животные используют кислород, растворенный в морской воде. Простейшие поглощают растворенный кислород через стенки клеток и таким же путем выделяют в океан углекислый газ. Животные с циркуляционной системой имеют жабры, в которых происходит обмен того и друг газа (углекислый газ и кислород) между внутренней жесткостью организма и морской водой. Жабры представляют собой тончайшие лепестки с очень большой общей поверхностью» что и обеспечивает быстрый газообмен. Наружная поверхность этого органа должна непрерывно омываться струями морской воды, а внутренняя — циркулирующей внутренней жидкостью. Рыба заглатывает воду, затем закрывает рот и сокращением мышц проталкивает воду через жабры, вода омывает их лепестки, внутри которых по капиллярным сосудам подается кровь, насыщенная углекислым газом, и в это время происходит газообмен. У щележаберных, акул и скатов вода проходит через специальные жаберные щели, которых обычно по пять с каждой стороны. Жабры костных рыб имеют «жаберные крышки — клапаны, открывающиеся с каждого бока рыбы. Точно так же, как у рыб в жабрах обеспечивается обмен углекислым газом и кислородом между внутренней жидкостью и морской водой, у млекопитающих в легких происходит газообмен между кровью и воздухом. Поскольку плотность газа очень мала, при дыхании воздух вовлекается в систему небольших сферических полостей — альвеол, окруженных капиллярными сосудами, в которых циркулирует кровь.
Человек в море
Теперь рассмотрим некоторые проблемы, которые возникают перед человеком, когда он хочет погрузиться под воду и находиться там более или менее длительное время. Для дыхания он должен иметь постоянное снабжение кислородом, а углекислый газ необходимо удалять. При плавании у поверхности воды и нырянии на небольшую глубину можно пользоваться короткой трубкой — шноркелем, выставленной над поверхностью. В этом случае воздух поступает в легкие под давлением 1 атм. Но по мере погружения под воду давление будет возрастать на 1 атм на каждые 10 м увеличения глубины. В результате разница между внешним давлением воды на погрузившееся тело и внутренним давлением в брюшной по лости и грудной клетке делает дыхание невозможным. Предельная разность давления, при которой дыхание еще может обеспечиваться работой мышц грудной клетки, возникает уже на глубине 50 см. Поэтому шноркель способен обеспечивать подачу воздуха только при плавании у поверхности, он непригоден при плавании даже на немного большей глубине. Если человек хочет погрузиться глубже, он должен, сделав вдох, задержать дыхание. Тогда по мере возрастания наружного давления с глубиной грудная клетка будет сдавливаться, воздух, находящийся внутри легких, сжимается и его давление уравновесится с внешним давлением. Соответственно увеличится и давление кислорода в легких, и через стенки капиллярных сосудов он будет поступать в кровь. Однако при сжатии легких одновременно возрастает и давление углекислого газа. В результате углекислый газ не сможет удаляться из крови в воздух, а наоборот, будет поступать в кровь. Поэтому первостепенное значение при автономных погружениях под воду играет не недостаток кислорода, а неспособность сжимаемых легких удалять из крови СО2. По мере накопления опыта ныряльщик может задерживать дыхание максимально на 8—10 мин в случае нахождения в состоянии покоя или не более чем на 5 мин при активном плавании. Для дыхания под водой водолаз должен обеспечиваться воздухом под давлением, равным давлению окружающей его воды. Это обеспечивается применением акваланга, изобретенного Ж.И. Кусто и Э. Ганьяном. Акваланг состоит из заполненных сжатым воздухом одного или нескольких баллонов, соединенных через специальный регулятор и далее через резиновый патрубок с загубником. Эти баллоны ремнями, прикрепляются к спине подводного пловца-аквалангиста. Регулятор автоматически дозирует подачу воздуха аквалангисту в зависимости от давления окружающей среды. Выдыхаемый из легких воздух попадает в воду, а из баллонов в легкие поступает свежий воздух. Акваланг достаточно хорошо обеспечивает нахождение подводного пловца на сравнительно небольших глубинах, однако при погружении в более глубокие слои возникают новые проблемы, связанные с возрастанием сжатия воздуха в легких. При таком повышении давления входящие в состав атмосферного воздуха азот и кислород начинают оказывать вредное физиологическое воздействие. По достижении давления 3 атм кислород становится токсичным, а при повышении давления До 3—4 атм азот оказывает опьяняющее действие на человека. Чтобы преодолеть эти ограничения, для погружения на глубины более 30 м составляется специальная дыхательная смесь. По сравнению с обычным атмосферным воздухом в этой смеси меньше процентное содержание кислорода, а. азот в ней замещен другим инертным газом, например гелием, который не оказывает опьяняющего действия. Легкие погруженного аквалангиста заполняются смесью газов, общее давление которой равняется внешнему давлению. Эти газы растворяются в крови, причем способность их растворяться прямо пропорциональна давлению. Следовательно, по мере увеличения глубины количество газа, растворенного в крови, будет возрастать. Если водолаз находится на определенной глубине достаточно долгое время, его кровь насыщается газами соответственно давлению на той глубине, на которой он находится. При подъеме водолаза на меньшие глубины давление уменьшается и может возникнуть перенасыщение крови газами. В результате газ начинает бурно выделяться ИЗ крови, что сопровождается образованием крохотных пузырьков газа в кровеносных сосудах, которые сильно нарушают кровообращение. Это приводит к очень болезненному, а иногда и смертельно опасному состоянию, известному под названием кессонная болезнь. Чтобы избежать образования пузырьков газа в крови в результате резкого снижения давления, подъем водолаза должен производиться очень медленно. Постепенная декомпрессия позволит газу нормально выделяться из крови через легкие до тех пор, пока его содержание в крови не уравняется с внешним давлением. Таким образом, подъем водолаза к поверхности моря производится ступенчато, после короткого медленного подъема производится остановка и выдержка в течение времени, достаточного для того, чтобы позволить избытку газа выделиться из крови через легкие. Если водолаз находился на глубине в течение непродолжительного срока, его кровь менее насыщена газом, и, следовательно, время декомпрессии может быть существенно сокращено. При возвращении на поверхность моря водолаз должен пройти профилактическую декомпрессию, продолжительность которой определяется максимальной глубиной погружения и временем пребывания там. То, что большая часть времени пребывания водолаза под водой затрачивается на декомпрессию, очень ограничивает возможности подводных работ. Для увеличения производительности труда водолазов проектируются и применяются всевозможные типы подводных жилищ, в которых водолазы могли бы находиться в течение достаточно длительного времени на определенной глубине. Благодаря тому, что в подводном жилище давление поддерживается такое же, как и во внешней среде, работающим на той же глубине водолазам при смене не придется тратить много времени на декомпрессию. Таким образом, водолазы смогут значительно больше работать на глубине и должны будут проходить декомпрессию только один раз при возвращении к поверхности моря. Обитающие в море животные чрезвычайно многообразны как по форме, так и по образу жизни. Многие планктонные Животные имеют известковые и кремниевые скелетики, которые, отлагаясь на дне моря, образуют мягкие осадки, так называемые илы. В планктоне наиболее богато представлены членистоногие, или артроподы (Arthropoda), тогда как в бентосе часто преобладают моллюски (Mollusca) и иглокожие (Echinodermata). Наиболее активные пловцы в море принадлежат к типу хордовых, в состав которого входят бесчелюстные, хрящевые и костные рыбы, а также морские млекопитающие. Большинство животных, обитающих в море, используют для дыхания кислород, растворенный в морской воде. Более высоко организованные животные имеют жабры, обеспечивающие обмен кислородом и углекислым газом между циркулирующей в теле животных жидкостью и окружающей их морской водой. Млекопитающие в связи с тем, что они дышат атмосферным воздухом, должны всплывать к поверхности для выделения углекислого газа и поглощения кислорода. Акваланг позволяет исследовать главным образом мелководные участки морей, однако возможности таких исследований резко ограничены особенностями физиологии человеческого организма.
