Примеры видов живых организмов гидробионты. Что такое гидробионты

Видовой состав гидросферы планеты Земля составляет порядка 250 тысяч видов представителей всех царств организмов . Это намного меньше, чем видовое разнообразие суши. Но гидробионты (живущие в водной среде) представлены всеми типами организмов, что составляет 90% всех животных, причем 85% из них - исключительно водные обитатели.

Структура биоты

Гидробионты - это организмы, приспособленные к жизни в водной среде. При этом весь их жизненный цикл может проходить в воде (иглокожие, ракообразные, моллюски, рыбы), или же в водной среде проходит лишь часть их жизни (земноводные, множество насекомых). Они населяют пресные и соленые воды, занимают все слои водной среды. Выделяют следующие виды гидробионтов:

Нейстон (от греч. " плавающие" ) - все организмы, которые живут на границе водной и воздушной сред и занимают поверхностный слой водоема в несколько миллиметров.
Плейстон (от греч. " плыву" ) - это гидробионты, ведущие полупогруженный способ жизни или живущие на поверхности воды.
Реофилы (от греч. " течение и любовь" ) - животные, которые приспособлены жить в текучих водах.
Нектон (от греч. " плывущий" ) - это гидробионты, способные противостоять течению и активно плавающие.
Планктон (от греч. " блуждающий" ) - совокупность мелких организмов, дрейфующих в толще воды и неспособных противостоять течению.
Бентос (от греч. " глубина" ) - организмы, которые обитают на грунтах и в самом грунте, образующих дно водоемов .

Экологические ниши

Экологическими зонами обитания гидробионтов считают пелагиаль (толща воды), бенталь (дно водоема ), нейсталь (поверхностный слой). Примеры гидробионтов пелагиали - это зоопланктон и зоонектон, а также реофилы . Организмы бентали - это эпибентос (обитают на поверхности грунта), эндобентос (живут в самом грунте) и перифитон (организмы, которые прикрепляются к предметам и телам других организмов). Группа гидробионтов нейстали - это нейстон и плейстон.

Специфика жизни

Для большинства гидробионтов характерно наличие довольно слабого зрения, но хорошая ориентация на связано со средой обитания, ведь в воде довольно быстро затухают световые лучи. Поэтому те организмы, у которых развиты органы зрения, хорошо видят только на близком расстоянии. Звуковые волны в воде распространяются гораздо лучше, чем в воздухе. Некоторые гидробионты способны улавливать звуковые колебания даже очень низкой частоты. Например, медузы улавливают низкочастотные изменения ритма волн и при приближении шторма опускаются на глубину. Многие гидробионты и сами издают различные звуки для обеспечения внутривидового сообщения, привлечения партнера или ориентации в группе. Ракообразные трут друг о друга различные части тела, рыбы для издания звуков используют зубы, лучи грудных плавников.

Элементы ориентирования гидробионтов

Для ориентации в водной среде, поиска пищи и партнеров многие гидробионты способны к восприятию отраженных звуковых колебаний (эхолокация). Множество организмов способны производить и воспринимать электронные импульсы. Ихтиологам известно порядка 300 видов рыб, которые могут генерировать электричество, ориентироваться и сигнализировать с его помощью. А, например, электрические скаты и угри используют электричество как средство защиты или нападения. Кроме того, у всех гидробионтов хорошо выражено восприятие гидростатического давления.

Гидробионты-фильтраторы

Только среди представителей водной среды обитания встречаются организмы со специфическим способом питания - фильтрацией. Это характер питания, связанный с отцеживанием или осаждением частиц или мелких организмов в воде. Все водные фильтраторы играют важную роль в очистке воды. Например, колония мидий на площади 1 квадратный метр за сутки прогоняет через себя до 300 кубических метров воды. А по данным экологов, вся вода Мирового океана пропускается через фильтрационные аппараты гидробионтов-фильтраторов в течение одних суток.

Гидробионты и световой режим

Как известно, солнечный ультрафиолет - важная составляющая жизни. Света в водной среде не так много: часть его отражается от поверхности, часть поглощается водой. Лучи света поглощаются неодинаково. Глубинные сумерки сначала зеленые , потом голубые, синие и сине-фиолетовые, а заканчиваются они полнейшей чернотой. Вместе со светом сменяются водоросли - зеленые , бурые и красные. И животные наиболее ярко окрашены в зоне от 50 до 200 метров. Чем глубже зона обитания, тем больше красного в окраске гидробионтов (красные кораллы и морские окуни). Поглощение света зависит от прозрачности вод, что тоже влияет на жизнь гидробиотичных организмов и границы зоны фотосинтеза. В самом прозрачном море - Саргассовом - граница фотосинтеза находится на глубине 200 метров. А вот на глубину более 1500 метров свет вообще не доходит. И тут появляется множество гидробионтов, которые способны к биолюминесценции - свечению как способу ориентации и добычи пищи.

Гидробионты и соленость воды

По отношению к концентрации соли в воде живые гидробионты делятся на пресноводные и морские. Пресной считается вода при концентрации в ней неорганических растворенных веществ 0,5 грамма на литр. Среднее содержание соли в морской воде - 35 граммов на литр. Но более серьезный показатель - способность организмов переносить колебания солености вод. Все жители водной среды по отношению к колебаниям солености делятся на евригалинных и стеногалинных . Евригалинные организмы могут переносить довольно большие диапазоны колебаний. Например, съедобные мидии Mutilus edulis или краб Carcinus maenas выживают при колебаниях концентраций соли от 50 до 1600 милли моль на миллиграмм воды. Большинство гидробионтов не обладают механизмами поддержания постоянных концентраций осмотически активных веществ во внутренней среде и относятся к стеногалинным организмам.

Оптимум жизненных температур

В зависимости от того, какие среды жизни населяют гидробионты, их делят на криофилов и термофилов. Первые отдают предпочтение холодным водам. На нашей планете более 80% биосферы - это холодные области, где средняя температура составляет +5 °C. Это глубины морей и океанов, зоны Арктики и Антарктики. Холодоустойчивости гидробионтам придают механизмы ферментативной системы, способные поддержать метаболизм в клетках тела при температуре 0 °C. Термофилы способны не только существовать при высоких показателях температуры окружающей среды, но и переносить граничные показатели. Например, в жерлах черных курильщиков океанических хребтов, где температура достигает +400 °C, обнаружены

Среди гидробионтов мало теплокровных животных

Все гидробионты - это вторичноводные организмы. Киты, тюлени, дельфины вернулись в водную среду в процессе своей эволюции уже после приобретения такого дорогого ароморфоза, как способность поддерживать постоянную температуру тела. Дорогого, потому что почти 90% эндогенного тепла они тратят на поддержание стабильной внутренней температуры. А это требует ускорения обменных процессов, главный из которых - окисление. В водной среде концентрация кислорода находится в пределах 1%, а диффузия его в тысячу раз меньше, чем в воздушной среде. Именно это делает невыгодным, с энергетической точки зрения, существование теплокровных организмов в водной среде. И поэтому большинство гидробионтов - это пойкилотермные (холоднокровные) животные.

Гидробионты – организмы, постоянно обитающие в водной среде. К гидробионтам также относятся организмы, живущие в воде часть жизненного цикла. В гидросфере представлены все типы и 90 % классов животных, подавляющее большинство (85 %) которых обитает только в воде. Группы гидробионтов выделяют в соответствии с зонами их обитания. Наиболее крупные экологические зоны водоемов: их толща, или пелагиаль; дно с прилегающим к нему слоем воды, или бенталь; и поверхностный слой воды, граничащий с атмосферой, или нейсталь.

Население пелагиали: планктон (фито- и зоопланктон) и нектон. К первым относятся формы, либо вовсе не способные к активным движениям, либо не способные противостоять потокам воды, переносящим их с места на место – во-доросли, простейшие, рачки, коловратки и другие мелкие организмы. Своеобразной жизненной формой является криопланктон – население талой воды, образующейся под лучами солнца в трещинах льда и пустотах снега. Гидробионты, приспособленные к донному образу жизни, называются бентосом, который делится на фито- и зообентос. К нектонным формам принадлежат крупные животные, двигательная активность которых достаточна для преодоления водных течений (рыбы, кальмары, млекопитающие).

Население бентали: бентос – организмы, обитающие на поверхности грунта и в его толще (соответственно, эпи- и эндобентос) и перифитон – совокупностью организмов, поселяющихся на различных предметах и телах других организмов. К наиболее массовым представителям бентоса относятся бактерии, актиномицеты, водоросли, грибы, простейшие (особенно корненожки и инфузории), губки, кораллы, кольчатые черви, ракообразные, личинки насекомых, моллюски, иглокожие. В состав перифитона также входят бактерии, водоросли, грибы, простейшие, губки, мшанки, черви, усоногие ракообразные, двустворчатые моллюски и другие беспозвоночные.

Население нейстали: нейстон – микроскопические или мелкие формы, населяющие приповерхностный слой воды, и плейстон – организмы крупных или средних размеров, часть тела которых погружена в воду, а часть выступает над ней. Среди нейстонных организмов также выделяют тех, кто обитает на поверхности водяной пленки – эпинейстон. В пресных водоемах это клопы-водомерки Gerris и Hydrometra, жуки-вертячки Cyrinus, му-хи Ephydra; а на поверхности океанов многочисленны клопы-водомерки Halobates.

Гидробионты пресных вод.

Фитопланктон рек слагается из трех основных компонентов: водорослей автотрофного происхождения (зеленых, синезеленых, диатомовых, эвгленовых и др.), перифитона (водорослей обрастания) и водорослей бентоса, вегетирующих на дне и попавших в планктон. Большинство пресноводных водорослей имеют микроскопические размер и увидеть их невооруженным глазом в природе возможно лишь в случае их массового развития – по изменению окраски среды обитания: воды, почвы или другого субстрата.

В малых реках наблюдаются два основных типа организации зоопланктона. Первый – субституционный тип организации (близкие виды выступают как экологическая сумма). Второй тип организации зоопланктона малых рек – флуктуационный (характеризуется обратимыми периодическими сдвигами границ подсистем).

Зоопланктон представлен большим разнообразием видов. В нанопланктоне – одноклеточные, микропланктон, помимо одноклеточных, довольно большой процент многоклеточных организмов: веслоногие ракообразные или копеподы, низшие ракообразные: веслоногие (циклоп) и ветвистоусые (дафния или водяная блоха).

В пресных водоёмах количество зообентоса меньше, чем в морских: простейшие, губки, ресничные и малощетинковые черви, пиявки, мшанки, моллюски и личинки насекомых. В состав растительного бентоса пресных водоёмов входят бактерии, диатомовые и зелёные (харовые и нитчатки) водоросли.

Индексы загрязнения воды

Индекс загрязнения водных источников является показателем, характеризующим динамику экологического ущерба, наносимого такому важному составному элементу окружающей среды, как гидросфера. Данный вид загрязнений обуславливается попаданием в окружающую среду и в первую очередь в водоемы самых различных жидких стоков, содержащих в себе вредные для окружающей природной среды вещества.

Динамика этого вида загрязнений обусловливается,во-первых, количеством и концентрацией вредных примесей в жидких отходах и, во-вторых, объемом их образования и попадания в окружающую среду. Поэтому, чем меньше количество ингредиентов, попадающих в сбросы, чем ниже их концентрация и чем меньше объемы их образования, тем ниже объем экологического ущерба, наносимого гидросфере сбросами. Показатель, названный индексом загрязнения водных объектов, достаточно объективно оценивает динамику состояния водных объектов с точки зрения их антропогенного загрязнения.

Большинство методов оценки состояния природных вод основано на оценке совокупности показателей: числа видов, численностей и биомасс популяций, населяющих водоём, и рассчитанных различных соотношений между ними. Показатели можно разделить на: 1. простые, непосредственно характеризующие какой-либо индивидуальный компонент экосистемы (например, численность, биомасса, или число видов в сообществе); 2. комбинированные, отражающие компоненты с разных сторон (например, видовое разнообразие учитывает как число видов, так и распределение их обилия); 3. комплексные, использующие сразу несколько компонентов экосистемы (например, продукция, самоочищающая способность, устойчивость).

Комбинированные и комплексные показатели принято обобщенно называть «индексами».

Основным результатом гидробиологического мониторинга являются три основных показателя:

* плотность видов S – оценка числа видов (видового разнообразия), характерная для данной точки экосистемы;

* плотность организмов N – численность особей каждого вида, приходящаяся на единицу размера экосистемы (м3, м2, м);

* плотность биомассы B – масса особей каждого вида, приходящаяся на пространственную единицу экосистемы.

Индексы, использующие абсолютные показатели обилия. 1. слабое загрязнение – 100–999 экз./м2 ;2. среднее загрязнение – 1000–5000 экз./м2; 3. тяжёлое загрязнение – более 5000 экз./м2.

Индексы, использующие характер питания организмов . А. Гамильтоном и Г. Хэррингтоном – индекс трофических условий, рассчитываемый по соотношению в сообществе различных трофических групп. Прочие индексы: 1. индекс Н.М. Кабанова – равный отношению продуцентов к консументам, увеличивающийся по мере самоочищения водоема; 2. индекс загрязнения i по И. Габриелю – соотношение числа видов продуцентов (Р – водорослей) к сумме числа видов редуцентов (R – бактерий) и консументов (С – цилиат): ; 3. индекс А. Ветцеля, который предложил в формулу И. Габриеля подставлять значения биомассы, т.к. не всегда возможно использовать количество видов, ввиду сложной диагностики отдельных групп гидробионтов; 4. индекс загрязнения по Дж. Хорасаве рассчитывается по формуле , где А – организмы, содержащие хлорофилл, В – организмы, у которых хлорофилл отсутствует (простейшие); индекс предложен С.М. Драчевым наряду с другими гидробиологическими показателями для классификации степени загрязненности поверхностных вод. И другие индексы.

Определение устойчивости озер к антропогенному загрязнению через ИЗВ:

, где F –площадь, n – глубина максимальная,V – объем воды

, где a – период водообмена в годах

, где М – минерализация.

Чем больше ИЗВ, тем более устойчиво озеро к загрязнению.

Глава 1 ГИДРОБИОНТЫ -МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНАЯ, БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНАЯ СИСТЕМА

Гидробионты -- это водное сырье биологического происхожде-ния, которое подразделяют на две основные группы: рыба и не-рыбные объекты. К нерыбным объектам относятся морские мле-копитающие, беспозвоночные и морские растения.

В результате технологической переработки гидробионты из сы- рья превращаются в готовую продукцию. Свойства гидробионтов имеют много общего, что обусловлено водной и биологической природой их происхождения. Гидробионты разнообразны по видам и размерам, многокомпонентны по химическому составу, полифун- кциональны и неоднородны по морфологическому строению име- ют капиллярно-пористую коллоидную структуру, их функциональ- но-технологические свойства изменяются под воздействием вне- шних факторов.

Различают следующие группы функционально-технологических свойств: физические, биохимические, морфологические, структур-но-механические, теплофизические, а также лабильность к различ- ным воздействиям (например, тепловому, микробиологическому, ферментативному и др.). Каждая группа включает большое число свойств. Поведение гидробионтов как объектов обработки в техно-логических процессах зависит от взаимодействия и взаимовлияния всего комплекса этих свойств. Рассмотрим те из них, которые важ- ны для анализа конструкции оборудования, изучаемого в настоя- щем курсе.

1.1 Общая характеристика ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГИДРОБИОНТОВ

К физическим свойствам гидробионтов относятся морфологи- ческие характеристики, плотность, объемная, или насыпная, мас-са, расположение центра тяжести, угол естественного откоса и скольжения, коэффициент трения, теплофизические свойства, ла-бильность и др.

Морфологические характеристики гидробионтов характеризу- ются формой и геометрическими размерами (рис. 1.1... 1.5).

Рис. 1.1 Основные формы тела рыбы:

А, б, в – плоская (Леш, камбала, скат): г – торпедообразная (лосось): д – стреловидная (сарган) е – змеевидная (угорь)

Рис. 1.2. Ракообразные:

а - промысловый камчатский краб: 1 - головогрудь; 2- ходильные конечности; 3 и 4- соот- ветственно левая и правая клешни; б- креветка: У -абдомен; 2- головогрудь; в - широколапый или благородный рак

a -мидии: / -Дункера; 2-черноморс- кая; б - тихоокеанский кальмар: 1 - хво- стовой плавник-стабилизатор; 2 - ман- тия; 3- воронка; 4- глаз; 5-голова; 6 -ловчее щупальце; 7-ротовое отвер- стие; 8- щупальца

Рис. 1.4. Иглокожие:

Трепанг; б - кукумария; в - морской еж

Рис. 1.5. Морские растения:

а - зостера; б - ламинария, или морская капуста: 1 - розочка; 2 - черешок; 3- основание; 4- слое- вище; 5- средняя утолщенная часть; 6 - верхушка; в - анфельция

При создании рыборазделочных и сортировочных машин наряду с общей длиной и массой рыбы необходимо знать соотношение размеров отдельных ее частей - головы, тушки, хвостового плавни- ка, а также высоту и толщину. Длину рыбы измеряют по прямой от крайней точки начала рыла до: а) средних лучей хвостового плавни- ка (конца чешуйчатого покрова) - технологическая, или промыс- ловая длина; б) развилки хвоста - длина по Смиту; в) конца лучей хвостового плавника - полная (абсолютная) длина. Технологичес- кая длина рыбы определяется ГОСТом «Рыба всех видов обработ- ки. Длина и масса» и используется в промышленной и торговой практике, длина по Смиту - для биологических исследований. Длину обезглавленной рыбы измеряют также по прямой от края го-ловного среза на уровне позвоночника до основания средних лучей хвостового плавника, длину тушки - до края среза хвостового плавника.

Кроме линейных размеров большое практическое значение имеет удельная площадь поверхности рыбы - отношение площа- ди поверхности рыбы к ее объему или массе (выражается соответ- ственно в м 2 /м 3 или м 2 /кг). Чем больше удельная площадь поверх-ности рыбы, тем быстрее она нагревается, охлаждается, заморажи- вается, просаливается. Удельная площадь поверхности зависит от формы тела рыбы: чем меньше отношение толщины тела рыбы к ее длине, тем больше удельная площадь поверхности. Морфологи- ческие характеристики нерыбных объектов также учитывают при создании соответствующего оборудования.

При проектировании машин большое значение имеет геомет- рическое подобие обрабатываемого сырья. Рыбы одного вида, имеющие разные промысловые размеры, подобны; существуют линейные и другие зависимости между: массой рыбы, площадью поверхности тела и т. д. Для большинства рыб линейные зависи- мости в общем виде имеют вид:

где L - биологическая длина; l 1 l 2 , l цг - размеры от начала рыла до характерных точек на теле рыбы (до начала средних лучей хвостового плавника, до середины прямой линии, соединяющей концы крайних лучей хвостового плавника, центра головы и т. п.); b , h - соответственно толщина и высота тела рыбы.

Например, длина головы минтая / r = 0,19 L +13, наибольшая толщина тела сайры b =0,775 L -3; высота тела сайры h =0,1287 L + 0,1.

Плотность (р, кг/м 3 ), характеризует отношение массы объекта к его объему. Для живой или уснувшей рыбы с неопавшим плава-тельным пузырем р = 1000 кг/м 3 , что позволяет ее транспортиро-вать в потоке воды по гидрожелобам. Для разделанной рыбы раз- ных видов р = 1050... 1080 кг/м 3 , кожи р = 1070... 1120 кг/м 3 , чешуи p = 1300.. .1500 кг/м 3 .

Объемная, или насыпная, масса представляет собой массу рыбы, вмещающуюся в единицу объема. Эта величина необходима при расчетах оборудования для охлаждения, размораживания, посола, транспортных средств, тары для упаковывания, определении про- изводственных площадей цехов приема и аккумулирования сырья. Насыпная масса живой рыбы равна 710...810кг/м 3 , уснувшей 690...790КГ/М 3 , мороженой 440...480кг/м 3 .

Центр тяжести находится в передней части тела рыбы, ближе к голове и при свободном падении и скольжении она перемещает- ся по наклонной плоскости головой вперед. Это свойство учиты- вают при проектировании ориентирующих устройств рыборазде- лочного оборудования.

Углом естественного откоса называют угол наклона поверхно- сти конуса, образованного насыпанной на горизонтальную пло- щадку рыбы.

Угол скольжения представляет собой угол наклона плоскости, при котором положенная на нее рыба начинает скользить вниз под действием силы тяжести, преодолевая силу трения о плоскость. Угол скольжения для рыбы составляет 25...50° и зависит от ее вида, размера, физического состояния, а также вида материала плоскости, чистоты его обработки и состояния поверхности (смо-ченная водой, тузлуком или сухая).

Коэффициент трения равен тангенсу угла скольжения.

Знание этих величин необходимо при конструировании ориен- тирующих устройств сортировочных, разделочных машин и меха- низмов перемещения и обработки рыбы.

Теплофизические характеристики отражают способность гидро- бионтов передавать, поглощать или выделять теплоту, а также пре-образовывать энергию полей теплового излучения и электромаг- нитных колебаний высокой частоты. К основным величинам, ко-личественно выражающим тешюфизические характеристики, относятся: коэффициент теплопроводности [А, Вт/(м К)], численно равный плотности теплового потока в рассматриваемом направле- нии (при разности температуры в направлении потока 1К), отне- сенной к 1 м и зависящей от химического состава; для охлажденной рыбы А, = 0,5 Вт/(м К); удельная теплоемкость (с, Дж/кг К), чис- ленно равная количеству теплоты, затрачиваемой на изменение температуры 1 кг тела на 1 К (для рыбы с = 2763...3700 Дж/кг К) и зависящая от ее химического состава; коэффициент теплового рас- ширения (Р, К" 1 ), численно равный относительному изменению объема продукта или его линейного размера при изменении темпе- ратуры на 1К.

К производным от основных теплофизических характеристик относятся: коэффициент температуропроводности (а, м 2 /с), выра- жающий тепловую инерционность продукта; удельная энтальпия (/, Дж/кг), численно равная количеству теплоты, необходимой для нагревания 1 кг продукта до температуры Т.

Теплофизические характеристики являются основными пара- метрами, необходимыми для расчетов процессов массо-теплообмена при разработке соответствующего оборудования.

Реологические свойства классифицируют по характеру прило- жения к продукту внешних усилий и вызываемым ими деформа- циям. Эти свойства подразделяют на: сдвиговые - проявляются при воздействии на продукт сдвиговых и касательных усилий; компрессионные - проявляются при воздействии нормальных напряжений в замкнутой форме, между двумя пластинами или ка- ком-либо другом способе растяжения-сжатия образца продукта и поверхностные - характеризуют поведение поверхности продукта на границе раздела с другим твердым материалом при воздействии нормальных (адгезия или липкость) и касательных (внешнее тре- ние) напряжений.

Режимные параметры различных процессов (механических, тепловых, диффузионных) в значительной степени определяются реологическими свойствами обрабатываемого сырья. Учет этих свойств позволяет разрабатывать объективные методы определе- ния готовности и контроля качества на различных стадиях техно-логического процесса и научно обоснованные режимы обработки сырья и продуктов. На всестороннем учете свойств сырья и про- дуктов, позволяющем установить обратную связь для управления процессом, основывается работа поточных линий.

Важным физическим свойством гидробионтов, характеризую- щим их как сложную биологическую систему, является их лабиль- ность по отношению к различным воздействиям (тепловым, мик- робиологическим, ферментативным и др.).

Лабильность (от латинского слова labilis , неустойчивый, измен- чивый) - это функциональная физиологическая подвижность, ха- рактеризующая скорость протекания элементарных циклов воз- буждения в нервной, мышечной или иной возбудимой ткани биологического тела. Мерой лабильности служит наибольшее чис- ло импульсов (число электрических колебаний и др.), которое мо- жет воспроизвести за 1 с данная ткань при сохранении числового соответствия с максимальным ритмом раздражений. Наибольшей лабильностью обладает нервное волокно.

Лабильность к тепловому воздействию (термолабильность) - это способность гидробионтов необратимо изменять свои свойства в результате теплового воздействия. Тепловым называют такое воз- действие на биологическое тело, при котором оно находится в на- гретом (охлажденном) состоянии определенный промежуток вре- мени. В течение этого промежутка происходят необратимые пре-вращения его компонентов и изменения связанных с ним свойств. Тепловое воздействие характеризуется температурой и продолжи- тельностью ее действия.

Изменения свойств при тепловом воздействии происходят в ре- зультате физико-химических и химических превращений со скоро стью, зависящей от температуры нагрева (охлаждения) выше некото- рого критического значения. Биологическое тело может проявлять различную термолабильность в отношении разных своих свойств. Показателем термолабильности в отношении рассматриваемого свойства является максимальная температура (/ тах ), при которой ма- териал неопределенно долго сохраняет стабильным данное свойство.

Микробиологическая лабильность - это способность гидробион тов необратимо изменять свои свойства в результате микробиоло- гического воздействия. Под микробиологическим воздействием понимают влияние микроорганизмов на биологическое тело в те- чение определенного промежутка времени, за который происхо- дят необратимые превращения его частей, компонентов и измене- ния свойств. Кроме этого, от жизнедеятельности микроорганиз- мов зависят физическое состояние, органолепгические свойства гидробионтов и способы их технологической переработки. Други- ми словами, лабильность к микробиологическому воздействию определяется способностью биологического тела служить пита- тельной средой для микроорганизмов.

Микробиологическое воздействие характеризуется видом, чис- ленностью микроорганизмов на 1 см 2 поверхности или в 1 млг массы гидробионтов, оптимальной температурой развития и продолжи- тельностью их жизни, кислотностью среды и др. На 1 см 2 кожи толь-ко что выловленной тралом рыбы приходится от 10 2 до 10 6 бактерий. Мышцы и внутренние органы здоровой рыбы обычно стерильны. Пищеварительный тракт жирующей рыбы сильно заражен - в 1 см 3 содержимого желудка и кишечника содержится до 10 7 бактерий, в том числе Clostridium и другие спорообразующие микроорганизмы.

Ферментативная лабильность - это способность гидробионтов необратимо изменять свои свойства в результате ферментативного воздействия. Под ферментативным воздействием понимают влия- ние ферментов на биохимические процессы в биологическом теле в течение определенного промежутка времени, за который проис- ходят необратимые превращения его частей, компонентов и изме- нения связанных с ним свойств.

Влияние ферментов выражается в катализирующем действии на непрерывные биохимические процессы, протекающие в живой клетке. Ферментативное воздействие характеризуется видом, ак- тивностью, специфичностью и избирательностью действия фер- ментов. Биохимическая активность большинства ферментов зави- сит от значений температуры, рН среды и др.

1.2. ОБЩИЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГИДРОБИОНТОВ

Биохимические особенности гидробионтов зависят от элемен-тарного и молекулярного химического состава, биохимических особенностей тканей их тела и органов, которые позволяют опре- делять рациональное направление сырья в обработку.

Элементарный химический состав тканей гидробионтов обра- зован комплексом элементов, среди которых углерод, кислород, водород и азот, являющиеся основными биогенными элементами, т. е. элементами, без которых невозможна жизнь. Количественное содержание этих элементов в сухой субстанции тканей гидроби- онтов довольно постоянно. Кроме основных биогенных элемен- тов в сухой субстанции тканей гидробионтов содержится большое количество макро-, микро- и ультра-микроэлементов, которые также имеют важнейшее значение для обеспечения нормального развития и протекания жизненных биохимических процессов.

Элементы, входящие в состав живого вещества в различных со- четаниях и соотношениях, образуют химические соединения, ко-торые образуют молекулярный химический состав тканей гидро- бионтов. Молекулярный состав веществ характеризуется содержа-нием воды, органических белковых и жировых веществ, углеводов и минеральных веществ. Молекулярный состав тканей гидробион- тов непостоянен и зависит от биохимических особенностей видов и биологической специфики отдельных тканей.

Молекулярный состав веществ качественно различен, посколь- ку в состав каждой молекулярной группы входит большое число индивидуальных соединений. Например, азотистые вещества под-разделяются на две большие группы - белковые и небелковые; каждая из этих групп в свою очередь объединяет большое количе- ство индивидуальных молекулярных соединений. Так же дробно подразделяются жировые вещества, углеводы.

Главную роль среди молекулярных соединений играют белко- вые вещества. Существует многочисленная группа сложных высо- комолекулярных соединений, которые обладают специфическим действием. К таким биологически активным веществам относятся ферменты, гормоны и витамины.

В настоящее время рациональная обработка гидробионтов (выбор процессов и оборудования) определяется в основном их химическим составом. В зависимости от массовой доли белка и жира рыб разделяют на следующие группы: с массовой долей бел- ка 10 % - низкобелковые, 11...15 % - среднебелковые, 16...20 % - белковые, свыше 20 % - высокобелковые; с массовой долей жира 2 % - тощие или маложирные, 2...8 % - среднежирные, 8...15 % - жирные и более 15 % - высокожирные. Отношение массовой доли белка к массовой доли воды и жира в рыбе характеризуется белково-водно-жировым коэффициентом (БВЖК), а отношение массовой доли белка к массовой доли воды - белково-водным коэффициентом (БВК). На основе этих коэффициентов И. П. Леванидовым предложена схема направле-ния рыбы на переработку (рис. 1.6).

Различные условия обитания морских и пресноводных рыб обусловливают специфику биохимического состава и свойств как организма в целом, так и отдельных органов и частей тела. Суще ственное влияние на химический состав отдельных видов рыб ока- зывают такие биологические факторы как возраст, пол, стадия развития половых желез, характер и интенсивность питания, ре-гиональные условия обитания и др. Биохимическая неоднородность гидробионтов усиливается и тем, что во время их доставки с мест лова на перерабатывающие предприятия, при хранении перед обработкой и в процессе пре- вращения сырья в различные виды продукции в тканях возникают и развиваются различные биохимические и ферментативные про-цессы, которые вызывают подчас глубокие изменения природных свойств и химического состава сырья, а это в свою очередь оказы- вает существенное влияние на режимные параметры и результаты процессов переработки, конструктивные особенности оборудова-ния, а также на свойства, химический состав и безопасность гото-вой продукции.

Каждая группа сырья обладает не только отчетливо выражен- ными биологическими особенностями, но и биохимической фер- ментативной спецификой. Существенные биохимические разли- чия существуют и между отдельными биологическими видами в каждой группе сырья, причем биохимическая характеристика вида может значительно варьировать, так как зависит от многих при- чин биотического характера.

1.3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУРЫ ГИДРОБИОНТОВ

Структура - это внутреннее строение объекта, представляю- щая собой пространственный каркас, в котором его частицы свя- заны одна с другой молекулярными силами. Характер взаимодей- ствия между элементами (частицами) структуры определяет хими- ческий состав, биохимические показатели, температуру, массовую долю влаги и жира, дисперсность и другие функционально-техно- логические свойства гидробионтов, которые претерпевают раз- личные изменения в процессе переработки.

Мясо гидробионтов представляет собой сложное сочетание различных тканей, образующих коллоидную систему, необычайно гетерогенную по химическому составу и степени дисперсности со- ставляющих компонентов (табл. 1.1). Молекулярный состав мяса гидробионтов непостоянен, причем наиболее существенно изме- няется в тканях массовая доля воды и липидов.

Различают сырье и продукты с клеточной (рыба, солено-копче-ные, вяленые, сушеные изделия и т. п.) и неклеточной структурой. Последние могут быть в жидком (бульон, жир), пластично-вязком (сырое измельченное рыбное сырье, фарши и другие высококон-центрированные суспензии) и твердом (жир при низких темпера- турах) состояниях. Текучие системы подразделяют на бесструктур- ные (истинно вязкие -вода, жир при температуре 338...343 К) и

структурированные, у которых в той или иной степени наблюда- ется аномалия вязкости. Наличие и вид структуры определяют ос- тальные свойства материала.

1.1. Химический состав мяса гидробионтов

Вода 52...94 42

Липиды 0,1- -.32,0 31

Азотистые вещества 5,8...27,2 21

Минеральные вещества 1,5...3,5 2

Кизеветтер И. В. Биохимия сырья водного происхождения. - М.: Пищевая промышленность, 1973.-424с.

В зависимости от типа и энергии возникающих в продукте свя-зей акад. П. А. Ребиндер подразделяет существующие структуры пищевых продуктов на коагуляционные, конденсационные и кри- сталлизационные, а также встречаются и комбинированные структуры.

Коагуляционные структуры образуются путем сцепления частиц через тончайшие остаточные прослойки свободной или адсорбци- онно связанной с ними дисперсной среды. Толщина прослойки соответствует минимуму свободной энергии системы. Сцепление осуществляется ван-дер-ваальсовыми силами, которые способ- ствуют протеканию самопроизвольных процессов приближения :< более устойчивому термодинамическому состоянию: тиксот-ропному упрочнению, самоуплотнению - синерезису. Толщину прослоек характеризует в известной степени содержание диспер- ;ионной среды. При увеличении содержания воды система из твердообразной переходит в жидкообразную. В связи с этим тех- нологические характеристики продукта определяются степенью его дисперсности, при которой наблюдается наибольшая влаго связывающая способность.

Конденсационные структуры обладают наибольшей прочностью ри данной степени заполнения объема, но после разрушения, также как и кристаллизационные, не восстанавливаются и явля-ется скорее хрупкими, чем пластичными. Они образуются из коаг уляционных структур при полном удалении жидкой фазы и срастании частиц. В процессе образования их прочность постепенно увеличивается, оставаясь затем постоянной.

Кристаллизационные структуры образуются из расплава при повышении , из раствора при повышении концентрации или охлаж- дении путем срастания частиц или молекул при активном химическом взаимодействии. Они характеризуются наличием про странственной кристаллической решетки, прочность которой за- висит от формы кристаллов. Вначале образуется наименее проч- ная и наименее термодинамически устойчивая кристаллическая форма, с течением времени переходящая в более прочную и тер- модинамически устойчивую форму.

Измельченное рыбное сырье имеет структуру коагуляционного типа, которая характеризуется относительно слабыми силами сцеп- ления между частицами или белковыми молекулами (прерывная дисперсная фаза) через тончайшие водные прослойки в местах контакта (непрерывная фаза). Прерывная дисперсная фаза в из- мельченном сырье представлена белковыми частицами и агрегата- ми, частицами жира, мельчайшими обрывками мышечной и жи- ровой ткани, непрерывная фаза - водным раствором некоторых мышечных белков, других органических соединений и электроли- тов. Белки, растворенные в непрерывной фазе, придают измель- ченному сырью пластичность и липкость. При образовании коагу ляционных структур в рыбных продуктах значительную роль игра- ют поверхностно-активные вещества и растворенные в воде белки, которые выступают в качестве эмульгаторов и стабилизато- ров образуемых систем.

Вид структуры сырья обусловливает качественные показатели готового продукта, определяет его поведение в процессах техноло-гической переработки и влияет на количественные характеристи-ки (коэффициенты переноса), режимные параметры процессов и конструктивные особенности рабочих органов оборудования.

Основной компонент в составе гидробионтов и приготовлен-ных на их основе продуктов - вода. Содержание и состояние вла-ги в продукте определяют в значительной степени его органолептические, структурно-механические свойства, а также безопас-ность при употреблении. Для оценки состояния воды как растворителя в мясе рыбы, степени связывания молекул воды мо-лекулами растворенного вещества, а также показателя доступнос-ти воды для бактерий используют показатель активности воды # w , который определяют как отношение парциального давления водя-ного пара над поверхностью продукта р к максимально возможно-му его давлению - «насыщенному» /? 0 при той же температуре

Для дистиллированной воды a w - 1, для абсолютно обезвожен- ного продукта - a w = 0.

В гигроскопической области уменьшение свободной энергии, или энергии связи влаги Д/\ равно химическому потенциалу

где R - универсальная газовая постоянная: Т- температура, К.

при снижении активности воды энергия связи влаги с матери- ном увеличивается, поэтому микроорганизмам становится

сложн ее использовать ее для своих биологических целей. Для каждого вида микроорганизмов существуют максимальные, минимальные

оптимальные уровни значения a w . Минимальные значения a w л: я некоторых бактерий приведены ниже.
Микроорганизм a w

Pseudomonas tumefaciens 0,96

В . mesentericus 0,955

В . vulgare 0,96...0,94

В . coli 0,96...0,935

В . subtilis 0,95

В . prodigiosum 0,945

В . aerogenes 0,945

Micobacte rium siliacum 0,94

Sarcina species 0,93...0,915

Micrococcus roseus 0,905

Активность воды, содержащейся в тканях свежей рыбы, превы- шает 0,98, что способствует активному развитию бактерий и пле- сени. Уменьшая массовую долю воды в мясе до уровня, при кото- ром ^снижается примерно до 0,7, можно практически полностью остановить гнилостные и ферментативные микробиологические процессы. При низких значениях я^ только небольшое число мик- роорганизмов остается жизнеспособным. Предельное значение массовой доли воды в мясе рыбы при этом составляет 12...14 %.

Кроме этого, активность воды и форма ее связи с продуктом определяют его технологические показатели и физические свой- ства, обусловливают интенсивность протекания процессов обмена веществ и массо-теплопереноса, а также характеризуют способ- ность пищевых продуктов храниться без порчи.

По классификации акад. П. А. Ребиндера различают химичес- кую, физико-химическую и физико-механическую формы связи влаги с материалом. Химическая связь обусловлена ионными или молекулярными взаимодействиями в точных количественных со- отношениях. Влагу удаляют из продукта путем химических реак- ций или прокаливанием.

К физико-химической относятся адсорбционная, осмотическая связи и иммобилизация жидкости. Физико-химическая влага обусловлена адсорбцией влаги в гидратных оболочках или осмо-тическим удерживанием в клетках в нестрого определенных соот ношениях. Такую влагу удаляют выпариванием, десорбцией (ад-сорбционная) или за счет разности концентраций (осмотическая). Адсорбционная влага может иметь иные, чем вода, свойства и способствовать диспергированию частиц и пластификации систе- мы. Она присуща структурам коагуляционного типа. Осмотичес- кая влага вызывает набухание тела и свойственна нативным и дис- персным клеточным структурам.

Физико-механическая связь характерна для жидкости макро- и микрокапилляров, жидкости смачивания и пор. Влагу удаляют из продукта выпариванием, прессованием, центрифугированием и т.п. Основная масса воды находится в свободном состоянии и ее свойства не изменяются. При увеличении количества влаги ее из-быток теряет связь с продуктом и самопроизвольно отделяется от него (отстаивание, расслаивание и др.).

В зависимости от доминирующей формы связи влаги продукты разделяют на коллоидные (физико-химически связанная влага - золи и гели, куски рыбы, рыбное филе и пр.), капиллярно-порис- тые (физико-механически связанная влага) и коллоидные капил- лярно-пористые. К последним также относятся измельченное рыбное сырье, фарш и др.

Согласно общей теории переноса акад. А. В. Лыкова влажные материалы представляют собой капиллярно-пористые коллоид- ные тела и принадлежат к классу связно-дисперсных систем, в ко-торых частицы дисперсной фазы образуют более или менее жест- кие пространственные структуры-сетки или каркасы.

С позиций описания процессов переноса массы вещества и теплоты мышечную ткань гидробионтов рассматривают как влажное коллоидное капиллярно-пористое тело. Основу этой структуры составляют кровеносная и лимфатическая системы. Туловищные мышцы вместе с прилегающей к ним рыхлой со- единительной тканью составляют в основном так называемое мясо рыбы.

Клеточная и волокнистая формы структуры придают сырью специфические структурно-механические, теплофизические и диффузионные свойства. Различные свойства тканей гидроби- онтов благодаря особенностям их естественной волокнистой и клеточной структуры в разных направлениях проявляются в неодинаковой степени. В некоторых случаях с разрушением клеточной структуры эффективность процессов переработки повышается.

Наличие в клеточных перегородках жировых включений огра- ничивает процессы переноса теплоты при незначительных повы-шениях температуры, так как подводимая энергия может погло- щаться при плавлении жировых включений. Последнее оказывает влияние на характер распространения теплоты в продуктах.

В процессе переработки (разделка, измельчение, перемешива- ние, нагрев, охлаждение, замораживание, вяление, сушка и т. п.)

температура, влажность, степень дисперсности, кислотность, хи- мический состав гидробионтов изменяются, что весьма суще- ственно влияет на их структуру и может приводить к образованию вторичной структуры, значительно отличающейся от первичной (например, измельченное сырье, фарш, агаровый студень и др.).

При производстве пищевой продукции в сырье добавляют раз- личные компоненты, которые определенным образом влияют на структуру продукта. Кроме этого, в порах находится газовая (воз- дух), паро-газовая и жидкостная фазы, связанные с тканями сы- рья. Свойства объектов переносить вещество и проводить теплоту определяются коэффициентами переноса. Количественные значе- ния этих коэффициентов являются функцией состава, структуры и интегрально отражают свойства гидробионтов и приготовлен- ных на их основе продуктов.

Гидробионты и приготовленные из них продукты сложны по химическому составу и обладают комплексом различных свойств, которые составляют в совокупности качество готового изделия и лолжны быть учтены при расчете технологических процессов и аппаратов и их совершенствовании. Наиболее полное представле- ние о существенных аспектах качества продукта дает группа физи- ческих свойств, которая выявляет их зависимость от биологичес- кого и химического состава и структуры продукта. При этом ха- рактеристики сырья предопределяют основные показатели готовых продуктов.
Таким образом, комплекс постоянно изменяющихся, взаимо- ; вязанных и характеризующих структуру гидробионтов функци- онально-технологических свойств позволяет определить их как .ложную многокомпонентную, полифункциональную и биоло- гически активную систему. Изучение, совершенствование извес-тных и разработка новых процессов и оборудования для перера- г отки гидробионтов должны осуществляться во взаимосвязи объект обработки - процесс - оборудование», причем основ- -:ой составляющей этой взаимосвязи является объект обработ- »л - гидробионты.

Контрольные вопросы и задания

i . Что такое гидробионты? 2. Какими физическими свойствами обладают гид-оионты? 3. Как измеряется длина рыбы? 4. Что такое теплофизические характе-.тики гидробионтов? 5. Что такое структурно-механические характеристики :робионтов? 6. Что характеризует термолабильность гидробионтов? 7. Что ха- - теризует микробиологическая лабильность гидробионтов? 8. Что характеризует р.ментативная лабильность гидробионтов? 9. Что такое белково-водно-жировой гффициент? 10. Что такое белково-водный коэффициент? 11. Что характеризует активности воды для гидробионтов?

Одним из представителей водной фауны является гидра, принадлежащая к типу кишечнополостных, классу гидроидных полипов. Это единственное семейство в типе кишечнополостных, которое включает обитателей исключительно пресных вод. Встречается гидра у берегов, где достаточно водных растений, в особенности ряски и кувшинки. Для ее обнаружения нужно очень внимательно осматривать нижнюю сторону кувшинок, где можно заметить небольшие светлокоричневые слизистые комочки - это гидры, съежившиеся при вытаскивании их из воды. Можно обнаружить гидр на мелководье, низко нагибаясь над водой и почти касаясь лицом поверхности. Тело гидры может иметь более или менее длинную основную часть, более тонкую - стебелек, основание которого - подошва - прикреплено к субстрату. Число щупалец и их относительная длина может быть различной.

Бодяга является представительницей типа губок и принадлежит к группе кремневых губок. Губки - неподвижные колониальные животные, состоящие из множества соединенных между собой особей. По внешнему виду губки поразительно напоминают растения. Они поселяются на различных подводных предметах (камнях, сваях, корягах и пр.), по которым стелются в виде корообразных наростов или в виде разветвленных кустиков. В России наиболее распространенным видом является обыкновенная бодяга, которая образует иногда сильно разветвленные колонии в наших пресных водоемах. В стоячих водах имеет форму куста, а в проточных - коровидную, стелющуюся по субстрату. Чаще встречаются в обширных и глубоких водоемах с проточной водой, богатой кислородом. Для их обнаружения нужно тщательно осматривать подводные предметы - сваи, вбитые в грунт колья и др., служащие излюбленным местом обитания бодяги. Интересно, что мелкие экземпляры губок иногда поселяются на подвижных объектах, например, на раковинах моллюсков, на домиках ручейников и т.п. если вода прозрачная, ее легко увидеть. Можно сорвать губку с субстрата и при помощи сачка или вытащить вместе с подводными предметами. Выловленная из воды бодяга имеет вид мелко-ноздреватой массы, серовато-белого, желтого или различных оттенков зеленоватого цвета, иногда очень яркого. Зеленый цвет бодяги зависит от количества присутствующих на теле животного одноклеточных водорослей хлореллы и плеврококка. Масса эта образует различной формы комки и наросты, от корообразных и подушкообразных до кустовидных, с многочисленными пальцеобразными выростами.

Планарии - плоские черви, которые принадлежат к классу ресничных червей или турбеллярий. Это небольшие плоские черви, которые встречаются в большинстве пресноводных водоемов средней полосы России. Наиболее часто встречается молочно-белая планария, самая крупная среди других (до 3 см), с совершенно белым телом, сквозь которое просвечивает темный ветвистый кишечник. Также, не является редкостью более мелкая бурая планария, бурой окраски. Иногда встречается и черная планария, отличающаяся тем, что по закругленному головному краю разбросан целый ряд глаз. Траурная планария - черного цвета,с характерным головным концом, который имеет вид тупого треугольника - частый представитель фауны с текучей водой. Планарии часто попадают в сачок с водными растениями, чаще всего их обнаруживают на нижней стороне листа кувшинки, кубышки или стрелолиста. В РТ занесены в Красную книгу.

Ложноконская пиявка - представитель класса пиявок, относится к отряду челюстных пиявок. Она часто попадается в пресноводных водоемах, а также в лужах и канавах. Одна из самых крупных пиявок нашей фауны, достигающая в длину до 15 см. Окраска темная - оливково-зеленая, иногда почти черная. Брюшная сторона светлее спинной. Тело членистое, с двумя присосками - на переднем и заднем конце тела. Распространена по всей территории России. Предпочитает водоемы со стоячей или медленно текущей водой, глинистое дно. Легко попадает в сачок. Можно ловить руками, так как своими слабыми челюстями принести вред человеку она не может.

Медицинская пиявка - похожа на ложноконскую, но обитает южнее. В наших водоемах сейчас почти не встречается.

Малая ложноконская пиявка, или нефелида, принадлежит к классу глоточных пиявок. Она среди прочих пиявок у нас самая обыкновенная и чаще встречается. Особенно много нефелид в сильно заросших водной растительностью местах. По размеру она меньше ложноконской (около 5 см), и гораздо светлее окрашена. Имеет желтоватые пятнышки, расположенные рядами. На головном конце 4 пары глаз. Выловленные нефелиды, в отличии от других пиявок, активно передвигаются, укрепляясь своими присосками.

Улитковая пиявка, или клепсина относится к подтипу кольчатых червей, к отряду хоботных пиявок. Это небольшая пиявочка (до 2-3 см) с плоским широким телом, желтоватого или оливково-бурого цвета, испещренная множеством пятнышек желтого цвета. Этот рисунок дает впечатление поперечной исчерченности тела. В средней и северной полосе России встречается несколько видов клепсин. Самыми распространенными являются шестиглазая клепсина с тремя парами глаз и двуглазая клепсина. Держатся они на подводных предметах, к которым прикрепляются присосками. В сачок попадают крайне редко, поэтому, для их обнаружения проводят тщательный осмотр подводных предметов и водных растений.

Беззубка. Широко распространена в наших водоемах беззубка обыкновенная, которая в зависимости от экологических условий может иметь ряд морф, которые различаются по размерам и окраске. Относится к классу двустворчатых моллюсков. Из воды легко вылавливается сачком, при легком погружении его в илистый грунт. Раковина состоит из двух выпуклых створок, прикрывающих нежное тело. Движения беззубки хорошо наблюдать на мелководье или в лабораторных условиях.

Перловица речная. Это второй представитель класса, обитающий в наших водоемах. Отличается удлиненной и гораздо более толстостенной раковиной и присутствием зубцов близ замочной связки. У беззубки этих зубцов нет. Живет преимущественно в текучей воде, в водоемах с песчаным дном, а беззубка предпочитает илистое. Перловица имеет промышленное значение, так как дает материал для производства перламутровых пуговиц. Очень важно, что для производства пригодна только живая перловица (створки погибших животных не пригодны), которых собирают и обрабатывают по особой технологии. Характерен очень медленный рост. Промышленное значение имеют животные 8-10 летнего возраста и старше.

Шаровка. Третий представитель класса пластинчатожаберных, сем.Шаровок, обитающий в пресноводных водоемах средней полосы России. Обитают на илистом или песчаном дне. Небольших размеров, с лесной орех или чуть больше, почти круглые двустворчатые. По образу жизни напоминают беззубку.

Горошинки. Мелкие представители класса, встречающиеся почти повсеместно в средней и северной полосе России. Размер - не более 3-5 мм. По образу жизни сходны с шаровками.

Прудовики. Принадлежит к типу Моллюски, к классу брюхоногих, семейству Прудовиков. Самый крупный - Прудовик обыкновенный с сильно вытянутой конической раковиной. Прудовик ушковый имеет короткий завиток и еще более вздутый последний оборот, причем раковина похожа на человеческое ухо. Прудовик болотный походит на обыкновенного, но раковина имеет форму очень острого конуса с небольшим отверстием и отличается темно-бурой окраской.

Очень часто встречаются в наших пресноводных водоемах. Наиболее распространен прудовик обыкновенный. Держатся они близ поверхности воды, часто прямо на поверхности или на растениях. Можно выловить прямо рукой лил сачком. Весьма замечательно, что они могут странствовать по поверхности воды, подвешиваясь к ней при помощи своей подошвы. При этом животное оставляет ленту слизи, которую можно обнаружить, если провести палочкой позади улитки или припудрить поверхность «плаунным семенем». Предполагают, что улитки пользуются поверхностным натяжением жидкости. Дышат прудовики атмосферным воздухом. Многие прудовики не погибают при пересыхании водоемов и при замерзании.

Катушки. Принадлежат к классу брюхоногих, к отряду легочных, к семейству катушек. Раковина катушек завита в одной плоскости в виде спирального шнура. Наиболее распространенный вид - катушка роговая, самая крупная из всех, красновато-коричневого цвета. Встречается в прудовых и в озерных водах, реже - в речных, с застойными водами. Катушка завитая - почти черного цвета, обороты раковины сильно закручены и число их доходит до 7-8. по образу жизни сходны с прудовиками

Лужанка принадлежит к классу брюхоногих моллюсков, к отряду переднежаберных, к семейству лужанок. Это крупная улитка со спирально завитой раковиной, которая имеет вид тупого конуса желтовато-бурой окраски. По оборотам раковины проходят три темнокоричневые полосы. Отверстие раковины прочно запирается роговой крышечкой. Наиболее часто встречаемые виды - лужанка настоящая и лужанка полосатая, встречающиеся в проточных водоемах. Последняя отличается более мелкими размерами. Предпочитают места с илистым дном. Легко попадают в сачок.

Несколько похож на лужанку представитель близкого семейства - битиния щупальцевая. Это небольшая улиточка с конической раковиной, снабженной известковой крышечкой. Примерно в два раза меньше по размерам, чем лужанка.

И лужанки и битинии всегда держатся на дне водоема и не всплывают на поверхность. При возникновении опасности быстро закрывают раковину крышечкой.

Водяной ослик- представитель класса ракообразных, относится к отряду равноногих, к семейству осликовых.

Водяной ослик повсеместно обитает в водоемах средней полосы России, в особенности в загрязненных прудах, изобилующих растительными остатками, гниющими листьями, упавшими в воду с деревьев, в тихих заводях, богатых растительностью и т. п. Это невзрачное животное с плоским членистом телом, грязно-серого цвета, похожее на мокриц. Ослики держатся на дне водоемов, где ползают между отмершими частями растений и вместе с ними выносятся сачком. Защитная окраска осликов отлично гармонирует с общим тоном для стоячих загрязненных водоемов. Ослики охотно поедаются рыбами, хищными личинками насекомых, гладышами, водяными скорпионами. Питаются ослики отмершими частями растений. В связи с этим у них отсутствуют органы нападения, свойственные хищникам. Размножение осликов начинается с наступлением теплого времени. Размножение падает на май - июнь, к концу августа размножение прекращается. В водоемах Татарстана - обычный вид.

Водные блохи, дафнии относятся к низшим ракообразным, а именно к ветвистоусым рачкам. Это сравнительно мелкие организмы, хорошо, однако, различимые невооруженным глазом, в особенности более крупные виды, которые могут достигать размера мелкой горошины. Тело у водной блохи (у большинства видов) заключено в прозрачную двустворчатую хитиновую раковину, обе половинки которой скреплены на спинной стороне и полураскрыты на брюшной. Голова остается свободной. От головы отходят ветвистые гребные усики, или антенны; отсюда и название «ветвистоусые». На брюшной стороне, под защитой раковинки, находится несколько пар (от 4 до 6) коротких расширенных грудных ножек. На голове хорошо заметен большой глаз черного цвета. Из внутренних органов невооруженным глазом довольно хорошо заметен пищеварительный канал, изогнутый в виде крючка. Водных блох можно встретить в самых разнообразных водоемах, но в особенности в мелких, где иногда размножаются в огромных количествах, так что окрашивают воду в красноватый цвет. В этих условиях встречаются как раз более крупные виды. Многие водные блохи принадлежат к свободно плавающим, или планктонным организмам.

Известно несколько сотен видов водных блох. Одним из наиболее распространенных являются представители рода дафний, по имени которых всех вообще водных блох называют иногда «дафниями». Сюда относятся наиболее крупные формы, до 5 мм. В стоячих водах очень обыкновенны повсюду симоцефалы- крупные плоские рачки, часто окрашенные в красноватый цвет. Широко распространены также круглоголовые моины и красивая прозрачная Сида. Из более мелких форм в огромном количестве встречаются босмины. Из крупных планктонных форм особенно замечательна огромная (до 12 мм.), совершенно прозрачная лептодора с удлиненной формой тела.

Питаются ветвистоусые рачки обитающими в пресных водах мельчайшими организмами: водорослями, инфузориями. Встречаются растительноядные и хищники. Дыхание жаберное. Жабры помещаются у основания грудных ножек в виде небольших мешочков. Видеть их можно только в микроскоп. У крупных водных блох можно даже невооруженным глазом различить на спинной стороне замкнутое пространство, в котором просвечивают яйца. Это так называемая выводковая камера, в которой самки вынашивают яйца и в которой из яиц развивается молодь. В Татарстане встречается более 40 видов. Наиболее часто встречаемые - обыкновенная дафния и босмина.

Водяной паук, называемый также пауком-водянкой и пауком-серебрянкой, принадлежит к классу паукообразных, к отряду Araneina, к семейству Agelenidae. Это единственный из пауков, который приспособился к подводному существованию.

По внешнему виду водяной паук почти ничем не отличается от прочих пауков. Тело у него делится на головогрудь и брюшко, отделенное глубоким перехватом. Обе части тела нечленистые. На груди сидят четыре пары длинных членистых ног. На головогруди, в передней ее части, замечаем восемь пар маленьких блестящих глаз. Имеются две пары челюстей: первая пара называется хелицерами и служат для схватывания и умерщвления добычи; она когтеобразна и снабжена ядовитой железой; вторая пара, называемая педипальпами, играет роль челюстных щупалец. Молодые животные желтовато-серого или желтокоричневого цвета, старые - гораздо темнее молодых. Самки отличаются от самцов, кроме величины, светлосерой окраской задней части тела. Чаще всего водяной паук встречается в стоячих или медленно текущих водах, богатых растительностью. Дышит серебрянка, как и другие пауки, атмосферным воздухом, который захватывает, поднимаясь на поверхность водоема. Питается серебрянка различными мелкими водными животными, например, личинками насекомых, водяными осликами. Постройка жилища является замечательной особенностью водяного паука. Он строит под водой из выделений своих паутинных желез наполненные воздухом жилища, имеющие вид наперстка или колокола. На зиму пауки устраивают под водой коконы, в которых и погружаются в спячку. Иногда зимуют в пустых раковинах моллюсков. Размножаются водяные пауки, как и прочие, - яйцами. Занесен в Красную книгу РТ.

Стрекозы. Представляют особый отряд - крылатые воздушные хищники с удлиненным телом и четырьмя длинными крыльями. Они носятся над водою, схватывают на лету свою добычу: мух, комаров, бабочек и других насекомых. Пойманная жертва пожирается при помощи сильного грызущего ротового аппарата и стрекоза опять начинает гоняться за добычей. Яйца стрекозы откладывают в воду или в ткани водных растений. Из яиц вылупляются личинки чрезвычайно характерной формы, интересные по своим биологическим особенностям. Личинки стрекоз встречаются всюду в стоячей и медленно текущей воде. Чаще всего они находятся на водных растениях или же на дне, где сидят неподвижно, иногда медленно передвигаются. Есть виды, которые зарываются в ил. Всего их делят на три группы.

Личинки типа стрекозы-коромысла с удлиненным телом и плоской маской.

Личинки типа обыкновенной, или настоящей стрекозы с более коротким и широким телом, чем предыдущие. Маску имеют шлемовидную. Держатся преимущественно на дне, часто в слое ила.

Личинки типа лютки с весьма длинным вытянутым телом, которое на заднем конце имеет листообразные жаберные пластинки.

Передвигаются личинки либо плавая, либо ползая. Питаются личинки стрекоз исключительно живой добычей, которую они по целым часам неподвижно караулят, сидя на водных растениях или на дне. Их главную пищу составляют дафнии. Кроме дафний, личинки стрекоз охотно едят водяных осликов. Для схватывания добычи у личинок имеется замечательный аппарат, носящий удачное название «маски». Это не что иное, как видоизмененная нижняя губа, которая имеет вид хватательных щипцов, сидящих на длинном рычаге-рукоятке. Рычаг снабжен шарнирным суставом, благодаря чему все это приспособление может складываться и в спокойном состоянии прикрывает нижнюю сторону головы наподобие маски (отсюда и название). Личинки стрекоз дышат трахейными жабрами. Для откладки яиц взрослые стрекозы опускаются в воду, причем они сползают туда по стеблям растений и погружаются иногда довольно глубоко.

В РТ наиболее часто встречаются стрекоза четырехпятнистая, стрекоза желтая. Стрекоза Коромысло большое занесена в Красную книгу РТ.

Поденки. Они относятся к отряду Ephemeroptera. Это небольшие насекомые с удлиненным телом, тонкими нежными крыльями и тремя длинными хвостовыми нитями.

Во взрослом состоянии поденки живут очень недолго, откуда и их название, хотя продолжительность их жизни все же превышает сутки (живут 2-3 дня, иногда более). Личинки поденок встречаются всюду - как в стоячих, так и в текущих водах. Дыхание личинок легко наблюдать во время экскурсий. Оно представляет немалый интерес как хороший пример трахейножаберного дыхания. Жабры имеют вид тонких нежных пластинок, которые помещаются рядом по обеим сторонам брюшка. Питание личинок очень разнообразно. Свободно плавающие формы, живущие в стоячих водах, являются мирными растительноядными животными, питаясь микроскопическими зелеными водорослями. Явления размножения у поденок представляет большой интерес и давно привлекает внимание наблюдателей. Самки сбрасывают свои яйца в воду. Из яиц вылупляются личинки, которые растут и многократно линяют, причем у них постепенно образуются зачатки крыльев. Наиболее часто встречающиеся виды в РТ - поденка белая и поденка обыкновенная.

Гладыш. Относится к отряду клопов, к семейству гладышей. Встречается как в стоячих, так и в медленно текущих водах. Это один из самых крупных водных клопов, сильный и ловкий хищник. Взрослые гладыши достигают более сантиметра в длину, обладают продолговатым вытянутым телом, напоминающим лодочку. Выпуклая спина окрашена в зеленоватые тона и не смачивается водой; поэтому гладыш под водой блестит серебристым блеском. Он плавает спиной вниз, брюшком кверху. Его большие красные глаза обращены при этом ко дну и высматривают добычу. Чаще он висит неподвижно у поверхности воды. Главным орудием плавания являются его задние ноги. Способен летать. Кроме того, гладыши хорошо передвигаются по стеблям водных растений при помощи передних ног. На суше беспомощен, хотя пытается прыгать. Питаются гладыши живой добычей и даже нападают на мелких рыбок. При размножении откладывают яйца на водные растения. Личинки растут быстро, очень похожи на родителей.

Гребляк. Относится к отряду клопов, к семейству кориксид. Это более мелкий водный клоп, чем вышеописанный. В наших водоемах может встречаться большое количество видов. Держатся в стоячих или слабо текущих водоемах. Активны даже зимой. Плавает спиной кверху. По характеру питания - мелкие хищники. Способны выделять для защиты пахучее вещество как наземные клопы.

Водомерка. Представитель семейства водомерок, относится к отряду клопов и принадлежит к группе наземных клопов, приспособленных к скольжению по воде. Раскинув длинные ноги, они быстрыми ловкими толчкообразными движениями скользят по воде. Препятствия преодолевают скачками. Ноги водомерки смазаны жировым веществом и совершенно не смачиваются водой. Под надкрыльями имеются хорошо развитые перепончатые крылья. Но летают водомерки крайне редко. Мелкие хищники. Размножение тоже связано с водой. Яйца откладывают на листья водных растений в один ряд. Кладка совершается все лето. Личинки похожи на взрослых.

Ручейники. Взрослые насекомые напоминают по внешнему виду ночных бабочек. Окрашены в разные цвета. Летают мало, чаще сидят на прибрежных растениях. Могут довольно ловко бегать по поверхности воды. Питаются цветочным нектаром. Многие во взрослом состоянии не питаются вообще. Личинки ручейников ведут водный образ жизни. Большинство живет в особых футлярах - чехликах, которые строят из самых разнообразных материалов. Реже встречаются виды, не строящие чехликов. Чехлик защищает нежное тело личинки и маскирует его среди донных отложений. Питаются личинки, главным образом, водными растениями. Довольно прожорливы, могут съедать за сутки пищи столько, сколько весят сами или даже больше. Наиболее часто встречаются виды - ромбический ручейник, желтоусый ручейник, ручейник большой.

Плавунец. Наиболее известен плавунец окаймленный, из семейства плавунцов. Обитают в стоячих водоемах, предпочитая более глубокие и хорошо заросшие растительностью, с богатым животным населением. Хороший подводный пловец. Тело легче воды, поэтому активно работает конечностями при погружении. Хорошо летает. Является одним из самых прожорливых хищников. Может нападать даже на тритонов и рыб, значительно превышающих его по размерам.

Плавунчик или полоскун - водный жук из семейства плавунцов. Обычный обитатель стоячих вод. Мельче предыдущего жука, но сходный с ним по образу жизни. Нет окаймления по бокам. Очень активный.

Речной рак. В наших реках часто встречается длиннопалый или русский речной рак. Это обитатель заводей и заливов рек. Чувствителен к загрязнениям. В последние годы численность его стала снижаться.

Кроме названных, в водоемах могут встречаться тинник черный, тинник желтобокий, прудовик желтобокий, ильник точечный и другие жуки. Видовое разнообразие водоемов могут дополнить представители водяных скорпионов, вислокрылок, комаров, слепней, мух и другие.

Вся совокупность живых организмов, постоянно обитающих в водной среде, называется гидробионтами . К гидробионтам также относятся организмы, проводящие в воде часть жизненного цикла.

Все гидробионты Мирового океана в зависимости от способа построения органического вещества подразделяются на растения (флора), животные (фауна) и бактерии.

В зависимости от способа обитания все морские организмы делятся на три группы: планктон, нектон и бентос.

Планктон - греческое слово, означает «парящий», «носимый». На суше нет жизненных форм, похожих на планктон. Планктон представляет собой массу микроскопических растений и животных, не способных к самостоятельному передвижению и обитающих в приповерхностных хорошо освещенных слоях воды, где они образуют плавучие «кормовые угодья» для более крупных животных.

Планктон состоит из фитопланктона (включающего такие растения, как диатомовые водоросли) и зоопланктона (медузы, криль, личинки крабов и пр.).

Фитопланктон, как и другие организмы, способные превращать неорганические вещества в органические, т.е. в собственную пищу, они называются автотрофами, что в переводе с греческого значит «самокормящиеся». Вместе с прочими автотрофами, например, сухопутными растениями, они объединяются в экологическую группу продуцентов, поскольку являются первым звеном различных пищевых цепей .

Фитопланктон активно размножается в прибрежных водах, но чем дальше от берега, тем ниже его продуктивность. Вот почему в открытом океане, особенно в тропиках, вода очень прозрачная и голубая, а у берегов, прежде всего в умеренном поясе, часто желтоватая, зеленоватая или бурого оттенка.

Непрерывно делящиеся планктонные водоросли с не меньшей интенсивностью поедаются зоопланктоном, который поддерживает их численность на примерно постоянном уровне. К планктонным животным относятся в основном крошечные рачки, медузы и личинки тысяч видов других морских животных.

Зоопланктонные формы могут существовать лишь при определенных уровнях температуры, солености, освещенности и скорости движения воды. Требования некоторых из них к окружающим условиям настолько специфичны, что по присутствию данных организмов можно судить об особенностях морской среды в целом.

Хотя большинство зоопланктонных форм в какой-то мере способно активно передвигаться, в целом эти животные пассивно дрейфуют по течению. Однако многие из них при этом совершают ежедневные вертикальные миграции, иногда на расстояние до нескольких сот метров, реагируя на суточные изменения освещенности. Некоторые виды приспособлены к жизни в приповерхностном слое, где освещенность циклически меняется, другие предпочитают более или менее постоянный полумрак, который находят в дневное время на больших глубинах.

Бентос - совокупность организмов всю или большую часть жизни обитающих на дне океанических и континентальных водоемов, в его грунте и на грунте. Всякое море или океан, так же как любое озеро или болото, имеет жизненную форму в виде бентоса.

Различают фитобентос и зообентос. Бентосные растения представлены различными водорослями (например, бурыми) и обитают на мелководье, куда проникает солнечный свет. Из бентосных животных на дне живут губки, морские лилии (одно время считавшихся вымершими), плеченогие и др. Среди бентоса можно встретить бродячие формы, мало подвижные или совсем прикрепленные к грунту. Организмы бентоса служат объектами питания многим рыбам и другим водным животным.

Нектон - совокупность активно плавающих организмов, преимущественно хищных, обитающих в толще воды пелагической области водоемов и способных противостоять силе течения и самостоятельно перемещаться на значительные расстояния. К нектону относится более 20000 разновидностей рыб, кальмары, китообразные, ластоногие, водные змеи, черепахи, пингвины и др.

Нектон отличается от планктона тем, что его представители совершают значительные передвижения, а не просто парят в воде. Нектонные организмы в противоположность планктонным приобрели ряд приспособлений, позволяющих им двигаться, плыть, скользить по воде, а иногда даже летать по воздуху на десятки метров (летучие рыбы, кальмары). Чаще всего движение в воде осуществляется засчет изгибания тела.

Три группы животных изгибают свое тело в вертикальной плоскости - китообразные, пиявки и немертины. Остальные изгибают свое тело в горизонтальной плоскости (личинки насекомых, змеи и рыбы).

Некоторые представители нектона взяли на вооружение силу реактивной струи. У головоногих моллюсков для этой цели есть специальное приспособление - мешок, из которого вода силой мышц выбрасывается в специальную воронку. У многих нектонных организмов для уменьшения сопротивления воды выработалась обтекаемая форма, при которой наблюдается наименьшее сопротивление. А китообразные приспособились гасить вихревые потоки специальными структурами кожи, другие, покрывают свое тело слизью, которая играет роль смазки и уменьшает сопротивление воды. Нектонные организмы приобрели способность не только плавать, но и прыгать. Совершают прыжки киты и дельфины. Кит-горбач своим прыжком оглушает рыбу, которой он затем питается.

Бактерии - группа преимущественно одноклеточных микроорганизмов, не имеющих оформленного ядра и разможающихся простым делением. Бактерии играют большую роль в биологическом, химическом и геологическом процессах в океане. Они участвуют в круговороте веществ, обусловливают окислительно-восстановительные процессы, усваивают содержащиеся в воде и донных осадках органические вещества, которые таким образом становятся пригодными для использования животными.

Морская экосистема

Жизнь в океане представлена самыми различными организмами – от микроскопических одноклеточных водорослей и крошечных животных до китов, превышающих в длину 30 м и превосходящих по размерам любое животное, жившее когда-либо на суше, включая самых крупных динозавров.

Живые организмы населяют океан от поверхности до наибольших глубин. Но из растительных организмов только бактерии и некоторые низшие грибы встречаются в океане повсеместно. Остальные растительные организмы населяют только верхний освещенный слой океана (главным образом до глубины около 50-100 м), в котором может осуществляться фотосинтез. Фотосинтезирующие растения создают первичную продукцию, за счёт которой существует всё остальное население океана.

В Мировом океане обитает около 10 тыс. видов растений. В фитопланктоне преобладают водоросли, Донные растения включают главным образом зелёные, бурые и красные водоросли, а также несколько видов травянистых цветковых растений.

Животный мир океана ещё более разнообразен. В океане обитают представители почти всех классов современных свободноживущих животных, а многие классы известны только в океане. Некоторые из них, представляют собой живые ископаемые, предки которых процветали здесь более 300 млн. лет назад; другие появились совсем недавно.

Фауна включает более 160 тыс. видов: около 15 тыс. простейших, 5 тыс. губок, около 9 тыс. кишечнополостных, более 7 тыс. различных червей, 80 тыс. моллюсков, более 20 тыс. ракообразных, 6 тыс. иглокожих и менее многочисленные представителей ряда других групп беспозвоночных, около 16 тыс. рыб.

Из позвоночных животных в океане, кроме рыб, обитают черепахи и змеи (около 50 видов) и более 100 видов млекопитающих, главным образом китообразных и ластоногих. Постоянно связана с океаном жизнь некоторых птиц (пингвинов, альбатросов, чаек и др. - около 240 видов).

Наибольшее видовое разнообразие животных характерно для тропических районов.

Донная фауна особенно разнообразна на мелководных коралловых рифах. По мере увеличения глубины разнообразие жизни в океане убывает. На самых больших глубинах (более 9000-10000 м) обитают лишь бактерии и несколько десятков видов беспозвоночных животных.

В состав живых организмов входят не менее 60 химических элементов, главные из которых (биогенные элементы) - это C, O, H, N, S, P, K, Fe, Ca и некоторые другие.

Живые организмы приспособились к жизни при экстремальных условиях. Бактерии встречаются даже в океанских гидротермах при Т = 200-250 0 С. В глубочайших впадинах морские организмы приспособились жить при огромных давлениях.

Однако обитатели суши намного опередили по видовому разнообразию жителей океана, и прежде всего за счет насекомых, птиц и млекопитающих.

В целом число видов организмов суши по крайней мере на порядок больше, чем в океане : один-два миллиона видов на суше против нескольких сот тысяч видов, обитающих в океане. Это связано с большим разнообразием мест обитания и экологических условий на суше. Но в то же время в море отмечается значительно большее разнообразие жизненных форм растений и животных .