Влияние некоторых условий среды на поведение и жизнедеятельность стрекающих на примере медузы кассиопеи.

Влияние некоторых условий среды на поведение и жизнедеятельность стрекающих на примере медузы кассиопеи.

Оглавление

Введение        2

Оборудование и методы работы        3

Рабочая гипотеза        4

Результат        4

Выводы        6

Литература и источники        8

Приложения        9

Введение

В связи с климатическими и антропогенными изменениями окружающей среды актуальным становится вопрос о способности различных видов адаптироваться и выдерживать анормальные нагрузки. В нашей работе мы выявляем и изучаем влияние некоторых условий среды на поведение морских стрекающих. Рассматриваемые нами представители кишечнополостных были выбраны нами как наиболее примитивные животные с настоящими дифференцированными тканями и сравнительно развитой нервной системой. Нами была поставлена задача – провести эксперименты по воздействию на выборку медуз следующих факторов: понижения и повышения температуры, изменения солености, извлечения из воды, механических воздействий. И предметом исследования стала рефлекторная поведенческая активность медуз (число сокращений) на примере медузы кассиопеи (cassiopeiae xamachana).

Нас привлекли именно кассиопеи, так как, в отличие от многих животных, так же осуществляющих симбиоз с простейшими водорослями, данные медузы могут жить только за счет фотосинтеза, ведя малоподвижный образ жизни. С этим связана одна интересная особенность – данные медузы чрезвычайно редко передвигаются привычным для медуз образом – куполом по направлению движения; чаще их можно встретить лежащими на мелководье щупальцами вверх, ритмичными сокращениями купола осуществляющими дыхание.

Выборка извлеченных из естественной среды медуз помещалась в кюветы с морской водой и подвергались дозированному воздействию различных факторов в ходе экспериментов. После окончания экспериментов медузы были возвращены в естественную среду. Экспериментальная работа проводилась с осторожностью с целью не навредить медузам. Работа происходила на территории морского заповедника New Harbour Marine Sanctuary в рамках программы дополнительного образования профильного экологического лагеря Seacamp/New Harbour Marine Institute во Флориде (программа включала в себя курс лекций, практических лабораторных занятий, экскурсий, наблюдений различных морских экосистем в ходе погружений). Научным руководителем практической части данного проекта был сотрудник программы Джон Винковски.

В данной работе открытия Америки не планировалось (учитывая место ее проведения), и основной целью работы была демонстрация хрупкости кишечнополостных организмов и их подверженности даже кратковременным изменениям окружающей среды.

Оборудование и методы работы

Среди использованного нами оборудования были: пластиковые емкости – кюветы, ведра для транспортировки, бинокуляры, сачки с сетью из мягкой лески, пакет с солью поваренной йодированной, пакет со льдом, пакет с подогретой до температуры 450 C водой, учебные исследовательские баржи для выезда в моря и ловли подопытных медуз, комплект №1 для подводного плавания.

Для проведения экспериментов семь схожих по диаметру кассиопей отлавливались при помощи мягкого сачка и транспортировались в кюветы с заранее приготовленной морской водой. После получаса адаптации (когда скорость их пульсации стабилизировалась) медузы подвергались различным для каждой воздействиям. В первой кювете соленая вода была заменена пресной; во второй в воду было добавлено 30 г. соли для приведения ее к солености в 50 промилле (против 36 промилле в естественной среде обитания кассиопей); в третью и четвертую были помещены герметичные пакеты со льдом и с теплой водой соответственно. Медуза из пятой кюветы номер пять на время опыта была извлечена при помощи сачка на воздух, шестая же кювета подвергалась механическим встряхиваниям. Медуза № 7 составляла контрольную группу. Эксперименты длились десять минут, все это время за каждой медузой велось наблюдение и визуально подсчитывалось количество сокращений ее купола как существеннейшее свидетельство ее жизнедеятельности. После опыта среды каждой из кювет были искусственно нормализованы (необходимо заметить, что состояние всех медуз к этому времени вернулось к подсчитанной норме – 67 ударам в минуту, полностью совпавшей с удивительно стабильным числом сокращений в контрольной группе). Для статистической достоверности опыт был повторен для десяти подборок медуз (итого общее количество подопытных медуз – 70). Для каждого момента времени был высчитан средний показатель скорости сокращений купола при определенном воздействии на медуз по формуле:

Результат высчитывался с точностью до целых для удобства восприятия. Погрешность (разность наибольшего и наименьшего количества пульсаций в различных выборках медуз) составила около пяти пульсаций в минуту. Затем при помощи компьютера был составлен график (см. приложения, рис.2), позволивший нам проанализировать полученные данные. В практической части (ловле медуз, подсчете сокращений подопытных и возвращении медуз в естественную среду обитания) мне помогали ассистенты (семь человек) – добровольцы из экологического лагеря Seacamp.

Рабочая гипотеза

Предполагалось, что важным фактором станет изменение температуры: большинство кишечнополостных теплолюбивы из-за своего строения, многие виды при температуре ниже двадцати градусов погибают [1], также ожидалась зависимость подопытных от водной среды и сравнительная хрупкость (подверженность механическим воздействиям). Из литературных источников становится ясно, что кратковременные колебания солености не воздействуют на обыкновенных медуз, однако наш подопытный вид – кассиопея – интересен тем, что обладает, подобно коралловым полипам симбиотическими водорослями, чье «благополучие» чрезвычайно важно для питания кассиопеи. Известно, что кораллы, будучи так же привязанным к своим симбионтам, «некоторое повышение содержания солей … переносят совершенно безболезненно …, [однако] кратковременное опреснение оказывает на них самое пагубное воздействие» [2].

Результат

Экспериментально полученные результаты (см. приложение 1 и рис.2) укрепляют наше предположение о зависимости медуз от температуры: как видно из графика, уже на пятой минуте жизненные показатели приблизились к опасному минимуму, а к восьмой пульсация вовсе перестала просчитываться. Хочется вновь упомянуть, что все подопытные медузы, будучи аккуратно возвращены к нормальным условиям, возобновили жизнедеятельность на прежнем уровне. Следующим опасным влиянием становится обезвоживание – жизнедеятельность подопытных медуз за время опыта так и не остановилась, что удивительно, однако скорость сокращений уменьшилась вдвое уже на четвертой минуте. Так же негативно повлияло на медуз повышение солености. Повышение температуры на пятнадцать градусов никак не влияет на подопытных: как жители тропиков, они способны выдерживать большие температуры. Опреснение воды так же не дает никаких результатов – однако из литературы известно, что нехватка соли в течение длительного времени значительно сказывается на выживаемости личинок кишечнополостных [5]. Механические воздействия лишь сначала приводят к замедлению движений кассиопей, далее в ответ на встряску медузы увеличивают скорость передвижений. Наиболее логичным объяснением этого является естественная реакция на волнение воды; после шторма, вызванного к счастью миновавшим лагерь ураганом, мы наблюдали отсутствие в прибрежных водах кассиопей на протяжении нескольких дней. Схожий механизм избегания шторма можно найти у черноморских корнеротов [4].

Проанализировав результаты эксперимента, можно условно выделить три группы факторов по признаку опасности. В первую – не опасную для жизни, однако стрессобразующую группу, входят понижение солености, повышение температуры, механические воздействия. В следующую группу факторов – воздействующих на организм с возможностью дальнейшей стабилизации – относится повышение солености. И, наконец, критическими для медуз стали охлаждение и изъятие из водной среды.

Интересно, что пульсации кассиопей контрольной группы и кассиопей, еще не подвергшихся экспериментом, отличались удивительной стабильностью: за время всего эксперимента число сокращений колебалось от 65 до 68 сокращений в минуту, причем среднее количество колебаний отклонилось до 66 только однажды. Сравнив данные о подобной стабильности с результатами не опасного для медуз повышения температуры на двенадцать градусов (разброс количества пульсаций от 62 до 68 сокращений), можно сделать вывод, что даже неопасные изменения окружающей среды добавляют стрессовый фактор и способствуют снижению жизнеспособности организмов.

Выводы

Работы, подобные выполненной, позволяют выяснить прямые причины исчезновения многих видов и принять необходимые меры по спасению организмов, находящихся в опасности. В данной работе рассмотрены лишь кратковременные воздействия на кишечнополостных; понятно, что длительное воздействие раздражающих факторов сказывается на жизнедеятельности еще губительнее.

Как показала работа, даже не критические изменения окружающей среды могут воздействовать на организмы как стрессобразующий фактор. Воздействия накапливаются и в конечном счете могут привести к дистрессу.

Сейчас, когда в большинстве развитых стран существует хорошо работающая система контроля загрязнения и воздействия на естественные среды обитания, многие виды продолжают вымирать. Ведь не менее важным, чем химическое или температурное загрязнения является загрязнение информационное: в нашем опыте в ответ на механические воздействия, никак не связанные со штормом, кассиопеи рефлекторно ускорили сокращения для передвижения в безопасное место, которого в данном случае не оказалось. Так же они поступили и десять лет назад, фактически исчезнув из литорали Флориды из-за неконтролируемого катерного движения у берегов. Кассиопеи не единственные пострадавшие: дельфины выбрасываются целыми стаями на берег из-за зашумления морского дна сонарами подводных лодок [7], многие птицы не могут вить гнезда на расстоянии километров от ближайшего шоссе. У кораллов нарушается цикл размножения, в результате чего сперматозоиды выбрасываются в воду гораздо раньше созревания яйцеклеток – все из-за сброса прогретых или охлажденных балластных вод кораблей (и как результат нарушения «внутренних часов» коралловых полипов). Самым простым примером жертв информационного загрязнения могут послужить жуки, слетающиеся летом на фонари и разбивающиеся об их стекло (в естественных условиях летящие на свет солнца или луны для встречи с половым партнером). Особенно опасно информационное загрязнение для видов с четкой территориальной ориентацией. Необходимо отметить, что основной причиной информационного загрязнения является деятельность человека, хотя не антропогенные изменения климата так же опасны. Например, известны случаи, когда в особо теплые зимы у многих птиц не запускался инстинкт миграции.

Одним из наиболее действенных способов ограждения дикой природы от информационного загрязнения является создание заповедных зон. В целях ограждения от зашумления лесные массивы не следует «разбивать» автотрассами – даже при полном ограждении от химического загрязнения (например, при строительстве герметичного туннеля) вокруг подобных трасс формируется зона отчуждения, мешающая естественным миграциям, сообщению между популяциями, уменьшающая жизненное пространство. Причем животные не просто уходят (и не всегда уходят) из зашумленных мест – многие из них погибают, выйдя на дорогу из-за нарушения территориальной маркировки, или просто не могут нормально размножаться (например, певчие птицы) [8]. Изменения окружающей среды затрагивают все организмы, от высших (дельфины), до низших (кораллы), потому человеку важно знать «запас прочности», адаптивность каждого из находящихся в опасности видов и своевременно ликвидировать урон, приносимый теми или иными изменениями окружающей среды.

2008 г.

Литература и источники

Догель В.А. Зоология беспозвоночных: Учебник для университетов/ Под ред. Полянского Ю.И. – 7-е изд., перераб. и доп. – М: Высшая школа, 1981

Назаров В. За порогом вражды: О дружбе и сотрудничестве разных, часто очень далеких существ, которые принадлежат к разным царствам живой природы и не только не поедают друг друга, но, наоборот, поселившись вместе, облегчают себе существование. – М: Мысль, 1981.

Неспокойный ландшафт: Пер. с анг. / Под ред. Д. Брандсена и Дж. Дарнкемпа / Перевод Арманд Н.Н.; Под ред. и с предисл. Д.А. Тимофеева. – М.: Мир,1981.

Вершинин И.А. Жизнь Черного моря. – М, 2004

Биология моря, 2006, том 32, с. 428-435

Дженсен А.К. Живой мир океанов. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1994.

Крушинская Н.Л., Лисицына Т.Ю. Поведение морских млекопитающих. М.: Наука, 1983. С. 127-166.

Селье Г. Стресс без дистресса. М: Прогресс, 1982.

Арский Ю.М., Данилов-Данильян В.И., Залиханов М.И., Кондратьев К.Я., Котляков В.М., Лосев К.С. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать. М., 1997

Приложения

Рис.1: Cassiopeiae xamachana

Приложение 1. Таблица результатов экспериментов.

Рис.2