Влияние на животных воздушных и водных течений

Воздушные течения

Открытое воздушное пространство очень редко, локально и кратковременно бывает неподвижным. Гораздо чаще в нем господствуют различные воздушные течения, носящие характер то ветров, дующих горизонтально, вдоль поверхности Земли, то восходящих потоков термического происхождения. Ветры могут достигать ураганной силы - с максимальной скоростью до 100 м в секунду. Штормовые ветры имеют скорость от 40 до 60 м в секунду. Отличительной чертой воздушных течений (ветров) является то, что в одном и том же месте они могут дуть с разных сторон. Но существуют и преобладающие направления, такие, например, как западные ветры на побережье ФРГ - их действие можно видеть на смещенных кронах деревьев - или пассаты тропиков, дующие круглый год на экваторе.

Ветры оказывают постоянное влияние на летающих в открытом воздушном пространстве насекомых и птиц. При затяжных штормах они могут переноситься ветрами на большие расстояния. Так, экспедицией Парри в 1827 году в снежных сугробах северного Шпицбергена была найдена пихтовая тля (Cinarorsis piceae) - в десяти градусах по широте от северной границы лесов Скандинавии. Большие скопления тлей были перенесены воздушными потоками на тысячи километров. Такой перенос животных по воздуху нередко приводит к биологическим «тупикам». На островах, где ветры дуют часто, у насекомых существуют приспособления, ограничивающие их способность к полету. Они остаются на земле и избегают сноса в море. Более чем у половины видов насекомых субантарктических островов крылья недоразвиты или совсем отсутствуют. Их местообитания малы, и, поскольку климат здесь необычайно щедр на штормы, способность крепко держаться на земле становится крайне необходимой. Подтверждением этого может служить пример с бабочками-капустницами (Pieris brossicae). Летом при береговом ветре на побережье Северного моря тысячи бабочек погибают в море.

Однако есть виды, использующие воздушные потоки. Молодые гусеницы бабочки-монашенки из семейства волнянок Oscneric monacha имеют большое число очень длинных покровных волосков, при помонди которых животные могут парить в воздухе. Эти приспособления - хороший пример адаптации к воздушным потокам. Некоторые виды могут сами себе создавать приспособления для полета, например гусеницы пихтовой листовертки-толстушки (Cacoecia murinara) или Teragnatha externa, которые на нитях паутины перелетают по воздуху на большие расстояния. Это явление можно наблюдать бабьим летом.

Воздушные массы, перенося пахучие вещества, могут помочь многочисленным видам животных при ориентировании. Воздушные потоки несут сообщения о врагах, о добыче или о брачных партнерах. Самцы бабочки непарного шелкопряда (Ocneria dispar) способны почувствовать возбуждающие ароматические вещества, выделяемые их самками и переносимые воздушными течениями, на огромном расстоянии в 3-4 км.

Многие хищные птицы и чайки используют восходящие токи воздуха (конвекционные токи), чтобы подниматься на большую высоту, не взмахивая крыльями. Мастерски пользуются этим представители семейства буревестники-глупыши (Fulmarus glacialis), парящие низко над морем, без единого взмаха крыла срывающиеся с волн и пролетающие так довольно далеко. В штиль этой птице трудно подняться над водой, но во время сильных штормов, когда большинство морских птиц старается быть на земле или на воде, буревестник умело парит над бушующим морем.

Обширные перемещения воздушных масс, которые несут теплый воздух низких широт по направлению к полюсу, имеют серьезные экологические последствия. Температура на территории региона существенно зависит от того, откуда приходят господствующие воздушные массы. Часто весной в Северо-Западную Европу вторгается нагретый воздух Атлантики, вытесняющий холодные воздушные массы с континента. К тому же эти теплые воздушные массы несут с собой и тучи, что отражается на водном балансе данного региона. Ареалы всех сухопутных животных также косвенно определяются влиянием этих обширных воздушных течений.

Морские течения

В воде тоже существуют течения. Их скорость значительно меньше, чем скорость воздушных течений. Наибольших величин она достигает в водопадах - до шести метров в секунду. Самые мощные перемещения водных масс мы видим в океанах, где система теплых течений Гольфстрима или холодные компенсационные течения достигают протяженности в тысячи километров. Экологическое значение Гольфстрима состоит прежде всего в переносе тепла. В этом он может сравниваться с мощными воздушными потоками. Так, Атлантическое экваториальное течение заходит в область Карибского моря, поворачивает там на северо-восток, пересекает Атлантику и следует в направлении к берегам Европы. Самые северные ветви Гольфстрима омывают западное побережье Шпицбергена, где на 78-й параллели есть фьорды, даже зимой свободные ото льда. В то же время холодные Восточно-Гренландское и Лабрадорское течения несут льды из Северного Ледовитого океана к побережью провинции Новая Шотландия, расположенной у 45-й параллели. Если в Норвегии граница распространения лесов достигает 70° с. ш., то на полуострове Лабрадор она проходит только у 52-й параллели (широта Берлина), где уже начинается тундра. Изменение границ климатических, флористических и фаунистических поясов в регионе Атлантики вызваны сочетанием морских и воздушных течений. Подобная ситуация имеет место и в северной части Тихого океана.

Приливо-отливные течения

Приливные и отливные течения действуют на сравнительно небольшой площади, но тем не менее они часто бывают очень сильными. Вблизи берегов такие течения отличаются тем, что их изменение и направление подчинено правильному ритму. В основном речь идет о приливо-отливных течениях, а в береговой зоне также о быстрой смене набегающих и откатывающихся волн прибоя. Животные, приспособившиеся к приливо-отливным течениям, обитают в зонах, протянувшихся вдоль береговой линии. Многочисленные виды животных областей действия приливов и отливов, чтобы удержаться на месте своего обитания и не быть выброшенными течением на берег, перешли на прикрепленный образ жизни. Это обеспечивает им защиту от перемещения, но зато такие животные испытывают трудности другого рода. Они быстро исчерпывают запасы питания в пределах их досягаемости. Однако это препятствие преодолимо, поскольку текучая вода постоянно приносит животным пищу и кислород и уносит конечные продукты обмена веществ из окружающей их среды. Тем самым текучая вода служит таким животным как бы заменой их собственных движений, благодаря которым они обычно добывают себе пищу.

Жизнь в области приливов и отливов имеет свои значительные преимущества, и поэтому степень заселенности этой полосы животными высока. Непосредственно у берега в морской воде находится очень много взвешенного органического вещества, которое служит пищей многим животным, особенно фильтрующим организмам. Наиболее плотно заселены раковинами съедобной мидии (Mytilus edulis) мидиевые банки и «газоны» кольчатых червей-трубочников (Lanice conchilega), а также участки, покрытые морскими желудями (Balanus balanoides). Их плодовитость на таких площадях обусловлена обильным притоком питательных веществ. Это можно сравнить с содержанием в тесных стойлах многочисленных животных, пища в кормушки которых собирается с больших площадей сельскохозяйственных угодий.

Вода в области приливов богата кислородом. Здесь, в пене волн, может происходить интенсивное усвоение кислорода, тем более что поверхность быстро движущейся воды очень велика. Хорошее снабжение кислородом является еще одной причиной большого количества обитающих здесь животных.

У животных, населяющих приливо-отливные зоны, возникают трудности, связанные с тем, что текучая вода переотлагает материал грунта. В областях сноса большие массивы животных могут быть вымыты из их домиков водой, например песчаная ракушка Myа arenaria - из грунта часто торчат потом пустые створки ее раковины. Там, где течения ослабевают, переотложение идет более интенсивно, и животные должны спасаться от погребения заживо. Так, трубочник при этом каждый раз выбирается на поверхность и заново сооружает верхнюю часть своей трубочки. Большие переотложения грунта приводят к тому, что прикрепленные животные теряют свою опору и тут же прибиваются к берегу. Среди оторванных и спутанных водорослей у кромки прилива и в теплых лужах, оставшихся после отлива, можно найти гибнущих моллюсков, актиний, морских гвоздик, червей и колонии полипов. В течения, направленные к суше, могут попасть и быть выброшенными на берег скопления медуз.

Бабочки-капустницы в море, пихтовые тли в арктических снежных полях, медузы на берегу - все это жертвы воздушных и морских течений, с которыми они по тем или иным причинам не смогли справиться. Поэтому неудивительно, что в местообитаниях, постоянно подверженных действию течений, может существовать лишь животный мир, хорошо приспособившийся к ним.

Проточные воды

Скорость течения в искусственном канале с препятствием на дне

Подобные условия жизни создают и проточные пресные воды, которые, как правило, характеризуются постоянным односторонним течением. В потоках, протяженность которых намного превышает их ширину, наибольшая скорость отмечается невдалеке от истоков. Чаще всего скорость распределяется так, как это показано на рисунке. Она возрастает к середине потока, но нередко самые высокие значения скорости отмечаются у одного из берегов. Камни, мешающие течению, могут изменять скорость в направлении от поверхности ко дну.

Жизнь в проточных водах требует приспособления к изменению скорости течения.

Подвижные животные в проточной воде за короткое время могут попасть из спокойного течения в сильное, но и прикрепленные виды животных испытывают в спокойной воде постепенное изменение силы течения.

Проточная вода переносит на большие расстояния тепло, кислород, азот, углекислый газ, соли, глинистые частицы, органические соединения. Если в стоячих водах все эти вещества образуют своеобразные слои, то в проточных водах на больших расстояниях сохраняются относительно одинаковые условия жизни. Изменение экологической ситуации здесь происходит очень медленно, ведь животные могут сноситься течением в места с аналогичными условиями существования. Только при очень продолжительном сносе они попадают в зоны с другими условиями жизни.

Экологи подразделяют проточные воды на области ручьев и области рек. Области ручьев отличаются сильным течением, грубой галькой на дне - результатом действия быстро текущей воды, а области рек характеризуются медленным течением и образованием донных отложений. Граница между двумя областями проводится по годовой амплитуде температур 20°С, ее величина невелика у истоков и возрастает вниз по течению.

Распространение трех видов рачков-бокоплавов рода Gammarus и водяного ослика (Asellus aqaticus) в верховьях реки Фульда

У реки Фульда в ФРГ граница между областью ручьев и областью рек проходит у устья Флиде. По течению реки отчетливо прослеживается распространение ракообразных, поскольку отдельные виды животных адаптировались к условиям потоков. В верхнем течении Фульды живут приспособленные к быстрому течению рачки-бокоплавы Gammarus fossarum, а в среднем течении обитает преимущественно рачок Gammarus pulex, который хорошо переносит как большую скорость течения, так и низкие зимние температуры. Gammarus fossarum при низких температурах стараются уйти в верхнее течение реки, в то время как Gammarus pulex в зимние морозы спускаются в нижнее течение и вновь возвращаются летом в прежние местообитания.

Итак, мы видим, что течение и температура совместно определяют распространение видов животных. В нижнем течении области ручьев реки Фульда обитает третий вид рачков - Gammarus roeseli, переносящий только небольшую скорость течения. И только в верховьях речной области начинается зона распространения рачка речного ослика (Asellus aquatiqus).

Сходное распределение областей обитания рачков, рассмотренное нами на примере реки Фульда, можно увидеть и в других реках Центральной Европы. Подобным образом распределены и зоны обитания других животных - рыб и насекомых. Из-за этого верховья ручьев называются биологами, изучающими рыб, «верхней областью форелей», а верховья рек - «областью усачей».

Распределение обычного водяного рачка-бокоплава вида Gammarus pulex после часового пребывания в аквариуме с проточной водой при 10,1°C (слева) и при 1,6°С (справа). Белая стрелка - место впуска рачков, черная стрелка - направление течения

В быстротекущей воде обитают и придонные животные. Непосредственно у дна существует тонкий слой воды с быстрым течением. Поэтому многие животные в ручьях обладают способностью крепко прикрепляться к грунту. Виды, свободно живущие в толще воды (планктон), в ручьях практически не встречаются, потому что постоянно сносились бы течением. Зато в нижнем течении рек планктон распространен широко.

Дрейф и снос животных

В проточных водах встречаются и мелкие придонные животные. Если бросить в такой поток сеть, можно выловить многочисленных обитателей дна, потерявших связь с грунтом и снесенных течением на разное расстояние. Такие животные стремятся как можно быстрее вернуться на дно, чтобы вновь где-нибудь прикрепиться к камню или пучку водорослей. Каждый раз, когда речь идет о течениях, сносящих придонных животных, неизменно возникает вопрос, как происходит движение животных в обратном направлении. Существует двоякое объяснение. Первое - это размножение, вследствие которого животные завоевывают себе новые области обитания, заселяемые их потомством. Второе - самостоятельные перемещения животных, которые многие виды, в том числе и наши рачки, совершают в определенное время года. Размножение и сезонные передвижения способствуют сохранению постоянства видового состава и численности животных в проточных водах.

Известно, что многие животные могут определять направление движения воды. Рыбы делают это при помощи боковой линии. У личинок насекомых есть особые щетинки, чувствительные к течению. Способность узнавать направление и силу течения дает возможность жителям водных потоков отыскивать наиболее благоприятные места обитания. Было замечено, что многие виды предпочитают течения со строго определенными условиями. Значит, течения в реках и ручьях несут некоторые физиологические «выгоды», используемые приспосабливающимися к ним представителями животного мира.

Установлено, что личинки ручейника Rhyacorphila nubila извлекают из быстро текущей воды больше кислорода, чем там, где течение спокойное. Проточные воды определяют, таким образом, некоторые «преимущества» при дыхании, а обитатели вод со слабым течением или стоячих вод могут возместить недостаток кислорода только при собственном движении.

Личинки обитающего в проточных водах ручейника Hydropsiche augustipennis при пониженной скорости течения увеличивают число своих дыхательных движений. Это позволяет им в различных условиях получать равное количество кислорода. Отсюда можно сделать вывод, что животным легче использовать кислород, содержащийся в проточной воде, чем тот, который содержится в воде стоячей. Трудность обитания в стоячей воде, особенно для прикрепленных животных, состоит в том, что поглощение содержащегося в воде кислорода связано для них с необходимостью постоянного движения, с постоянно затрачиваемой на это энергией, с непрерывным изменением положения их тела. Там же, где есть течения, кислород и питательные вещества все время подносятся к стенкам «открытого дома».

Потребление кислорода личинками ручейника Rhyacophila nubila (в мг на 1 г сухого вещества в час) в зависимости от содержания кислорода в воде и скорости течения

Частота дыхательных движений личинок ручейника Hydropsyche angustipennis в зависимости от содержания в воде кислорода и скорости течения

Таким образом, течения во всех местообитаниях предоставляют животным целый ряд жизненных удобств и преимуществ. Они определенно идут на пользу приспосабливающимся к ним представителям животного мира, которые легко преодолевают опасность сноса отдельных особей.

Научно-популярный блог «Просто о науке» http://prostonauka.com по материалам книги Экологические очерки о природе и человеке. Москва: Прогресс, 1988.