Что такое морское обрастание?
Курс «Подводный лес: исследование морских обрастаний»
Лекция 1
Что представляет человек, когда слышит слова «морское обрастание»? Кто-то вспомнит острые белые «ракушки» на черноморских скалах. Кто-то подумает о затонувших кораблях, сплошь заросших непонятными организмами — то ли животными, то ли растениями. А кто-то наверняка не поймет, о чем речь, и спросит: «Морское обрастание — это водоросли?» И все эти мысли будут правильными, потому что морское обрастание — понятие очень широкое и включает в себя гигантское разнообразие живых организмов.
Морское обрастание
Это совокупность животных и растений, которые ведут прикрепленный образ жизни на твердом субстрате в море. Твердый субстрат может быть естественным, т. е. природного происхождения, например гравий, скалы или кости затонувших зверей. А может быть искусственным, рукотворным, ведь человек с древних времен постоянно помещает в воду какие-нибудь предметы из самых разных материалов: от первых деревянных лодок до опор нефтедобывающих платформ на шельфе.
На природном твердом субстрате могут образовываться целые леса прикрепленных организмов-обрастателей. Такой «лес» может почти целиком состоять из водорослей, как, например, заросли бурой водоросли ламинарии (по-английски этот необычный биотоп называется Kelp forest), а может, наоборот, почти весь формироваться животными. Например, коралловые рифы, образованные сотнями видов сидячих беспозвоночных животных, в основном из типа Стрекающих (лат. Cnidaria или Coelenterata) (10 часов съемок коралловых рифов для самых стойких).
А еще организмы-обрастатели с удовольствием растут друг на друге, потому что неживого твердого субстрата часто не хватает на всех желающих прикрепиться. Поэтому в ход идут панцири черепах и крабов, пластины водорослей, раковины двустворчатых и брюхоногих моллюсков и внешние известковые скелеты других беспозвоночных. Многие организмы выделяют специальные ядовитые вещества или отращивают шипы, чтобы на них никто не вырос, а кто-то в процессе эволюции подружился со своими обрастаниями и использует их как защиту от хищников или паразитов.
А еще организмы-обрастатели с удовольствием растут друг на друге, потому что неживого твердого субстрата часто не хватает на всех желающих прикрепиться. Поэтому в ход идут панцири черепах и крабов, пластины водорослей, раковины двустворчатых и брюхоногих моллюсков и внешние известковые скелеты других беспозвоночных. Многие организмы выделяют специальные ядовитые вещества или отращивают шипы, чтобы на них никто не вырос, а кто-то в процессе эволюции подружился со своими обрастаниями и использует их как защиту от хищников или паразитов.
Обрастанию подвержены любые предметы, находящиеся в толще воды или на дне хотя бы несколько часов. Таким образом, у человечества просто не было шансов упустить из виду этот процесс. Самые очевидные примеры рукотворного твердого субстрата в море — это корабли. Именно с обрастания древних деревянных судов началась долгая история знакомства и последующей борьбы человека с этим явлением. Причалы и доки, телеграфные кабели и подводные лодки, сенсоры подводных роботов и газодобывающие установки, трубопроводы и волновые электростанции — это лишь некоторые примеры искусственного субстрата, которые неизбежно подвергаются обрастанию.
Однако леса из водорослей или многотонный оброст из моллюсков на корпусе сухогруза появляются не мгновенно. Формирование сообществ обрастания происходит в несколько этапов. Сначала, в первые минуты после попадания субстрата под воду, на свободную поверхность налипают различные органические или неорганические макромолекулы. Название этой стадии в переводе с английского буквально звучит как «приведение субстрата в надлежащий вид» (substrate conditioning).
Потом, в течение нескольких часов, на эту подготовленную поверхность налипают бактерии и начинают активно делиться, покрывают весь субстрат собственными клетками и внеклеточными полимерами, которые помогают клеткам прочно прикрепляться к поверхности и друг к другу.
Потом, в течение нескольких часов, на эту подготовленную поверхность налипают бактерии и начинают активно делиться, покрывают весь субстрат собственными клетками и внеклеточными полимерами, которые помогают клеткам прочно прикрепляться к поверхности и друг к другу.
Получившееся бактериальное покрытие называется биопленкой. Без образования биопленки к субстрату не могут прикрепиться более крупные организмы. Этот тончайший слой бактериальных клеток и выделяемой ими органики во многом определяет будущий состав обрастания. Изменяется биопленка — изменяется вся последующая история сообщества. На биопленке в течение нескольких дней формируется более развитое сообщество — микрообрастание. Оно состоит из одноклеточных водорослей, протистов, бактериальных колоний.
Александра Чава
Младший научный сотрудник Лаборатории экологии прибрежных донных сообществ Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Затем, в течение следующих дней, недель или месяцев, на субстрат оседают плавающие в толще воды личинки более крупных организмов-обрастателей. Осев, они начинают расти и размножаться. Одни виды могут сначала захватывать поверхность, а потом уступать ее другим видам, не выдерживая конкуренции. Это хорошо заметная невооруженным глазом стадия макрообрастания.
Какие организмы составляют макрообрастание?
Есть несколько крупных групп беспозвоночных животных, которые формируют сообщества обрастания:
- Губки — неподвижные морские фильтры всевозможных форм, размеров и цветов
- Двустворчатые моллюски — симметричные моллюски с двумя створками, прочно прикрепляющиеся к любой твердой поверхностиВы наверняка ели устриц или мидий — это как раз они.
- Гидроидные полипы — крошечные прикрепленные «кустики», состоящие из десятков или сотен «головок» со щупальцами, больше похожие на растения, чем на животных
- Коралловые полипы — всем известные «строители» коралловых рифов
- Мшанки — крошечные колониальные существа, образующие кружевные корочки или микроскопические кустики на камнях и других твердых субстратах
- Многощетинковые черви из семейств Spirorbidae и Serpulidae — сидячие черви, которые умеют строить прикрепленные к поверхности прочные (часто известковые) трубки
- Усоногие ракообразные — прикрепленные рачки, которые живут в прочных известковых домиках и высовывают наружу только тонкие щетинистые усоножки
Почти всех этих животных объединяет их тип питания
Они фильтраторы, или фильтраторы-седиментаторы. Они добывают себе пищу, отфильтровывая из воды взвешенные частицы, такие как планктон или кусочки органики, с помощью специальных фильтрующих приспособлений. Кто-то видоизменяет для этого часть конечностей, а кто-то умеет пропускать воду через все тело.
Также, помимо животных, важную роль в формировании сообществ обрастания играют водоросли. Самые крупные водорослевые обрастатели относятся к группам красных, бурых и зеленых водорослей.
Кажется, что схема очень линейная: бактерии — микро- — макро-. Прямо как в лесу в средней полосе России: сначала луг, потом кустарники, потом березы, сосны и так далее до дубравы, вырубки или пожара.
Сукцессия в сообществах морского обрастания
«В наземных растительных сообществах такой процесс закономерной смены одного сообщества другим называется сукцессией. О том, насколько закономерны изменения в сообществах обрастания, ученые спорят до сих пор и вряд ли придут к единому мнению в ближайшее время».
Александра Чава
Младший научный сотрудник Лаборатории экологии прибрежных донных сообществ Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
В реальности происходящее при формировании сообщества обрастание трудно назвать линейным процессом с четко отделенными друг от друга стадиями. Скорее, вся эта система находится в динамическом равновесии.
Динамическое равновесие в сообществах морского обрастания
Организмы, составляющие обрастание, в данный момент времени подвергаются воздействию самых разных внешних факторов: от температуры и солености воды до конкуренции друг с другом и хищничества.
В любой момент дальнейшее развитие сообщества может пойти по одному из десятков путей. Мы можем только долго и внимательно наблюдать за происходящим, пытаясь крупными мазками наметить основные черты развития сообщества.
В любой момент дальнейшее развитие сообщества может пойти по одному из десятков путей. Мы можем только долго и внимательно наблюдать за происходящим, пытаясь крупными мазками наметить основные черты развития сообщества.
«При этом важно помнить, что скорость изменений очень разная на различных „этажах” сообщества».
Александра Чава
Младший научный сотрудник Лаборатории экологии прибрежных донных сообществ Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Бактериальная биопленка может измениться за несколько часов, микрообрастание — за 2−3 дня, а макрообрастанию, как правило, нужно больше недели. Скорость зависит и от того, где живет то или иное сообщество. В теплых прибрежных водах все происходит на порядок быстрее, чем на больших глубинах или в полярных широтах.
А еще, как и везде, важно окружение: если вокруг в любую сторону (в том числе и вверх) только километры воды, то редкая личинка доплывет к такому субстрату, а если неподалеку есть какая-нибудь заросшая обрастателями скала, то шансы на заселение субстрата резко возрастают.
После рассказа о том, что такое морское обрастание, какое оно бывает и как формируется, остается неоднозначное впечатление. Кажется, что у этого явления есть две стороны.
Светлая
Про удивительное разнообразие сообществ обрастания, их сложность и непохожесть ни на какие другие морские сообщества.
Темная
Про обрастание рукотворных объектов, с которым люди борются испокон веков и далеко не всегда побеждают.
В этом курсе мы попробуем внимательно рассмотреть обе стороны и разобраться в их сложном взаимодействии.
Добро пожаловать в игру «Найди обрастание»!
Морские обрастания — это настоящий подводный мир в миниатюре. Губки, асцидии, мшанки, моллюски… Они покрывают подводные поверхности, создавая сложные экосистемы.
Сможете ли вы разглядеть их всех среди этого многообразия? Ваша задача — найти все обрастания на изображении. Внимание: они могут сливаться с окружением! Удачи!
Что вам нужно найти:
- Асцидии
- Губки
- Раковину двустворчатого моллюска
- Усоногих раков
- Мшанки
- Красную водоросль
Будьте внимательны: это настоящая фотография, и на ней может быть несколько нужных вам обрастаний.
Нашли обрастание? Кликните на него лупой! Если ответ верный, появится описание подводного нароста.
Кликайте сколько угодно раз — так шансы на успех выше!
Приближайте изображение: некоторые микроорганизмы совсем крошечные.
P. S. Не нашли все объекты? Не расстраивайтесь — переходите на следующую страницу!
Приближайте изображение: некоторые микроорганизмы совсем крошечные.
P. S. Не нашли все объекты? Не расстраивайтесь — переходите на следующую страницу!
Дополнительные материалы
- Статья представляет собой обзор основных биологических и экологических аспектов обрастания морских поверхностей и механизмов их предотвращения в морских экосистемах: Wahl, M. (1989). Marine epibiosis. I. Fouling and antifouling: some basic aspects. Marine ecology progress series, 175−189
- Статья рассматривает разнообразие, взаимодействия и роль морских биопленок в процессах биообрастания и подчеркивает их значение в экосистемах и судостроении: Qian, P. Y., Cheng, A., Wang, R., & Zhang, R. (2022). Marine biofilms: diversity, interactions and biofouling. Nature Reviews Microbiology, 20(11), 671−684
- Статья описывает последовательность развития морского биообрастания, начиная с микрообрастания (бактерии и микроводоросли), переходя к макрообрастанию (более крупные организмы), подчеркивает их взаимосвязь и предлагает методы эффективного контроля этих процессов: Kanematsu, H., & Barry, D. M. (2020). A sequence between microfouling and macrofouling in marine biofouling. Monit. Artif. Mater. Microbes Marine Ecosyst. Interact. Assess. Methods, 2, 67−80
- В этой работе авторы исследуют щадящие стратегии защиты от обрастания: Wahl, M., Kröger, K., & Lenz, M. (1998). Non-toxic protection against epibiosis. Biofouling, 12(1−3), 205−226
- В этой работе автор рассматривает эпибиоз как важный экологический механизм, который через изменения свойств поверхности хозяина (базибионта) может значительно влиять на его взаимодействие с окружающей средой, усиливая или ослабляя биотические и абиотические стрессовые факторы: Wahl, M. (2008). Ecological lever and interface ecology: epibiosis modulates the interactions between host and environment. Biofouling, 24(6), 427−438
- В этой работе автор предлагает концептуальную модель экологической сукцессии, рассматривая развитие экосистем как направленный и предсказуемый процесс, характеризующийся увеличением биомассы, сложности, стабильности и эффективности использования энергии, что имеет важное значение для понимания взаимодействия человека с природой: Odum, E. P. (1969). The Strategy of Ecosystem Development: An understanding of ecological succession provides a basis for resolving man’s conflict with nature. Science, 164(3877), 262−270
- Статья о том, как изменяется видовое разнообразие и пространственные структуры сообществ в процессе экологической сукцессии: Pielou, E. C. (1966). Species-diversity and pattern-diversity in the study of ecological succession. Journal of theoretical biology, 10(2), 370−383
- Статья рассказывает о том, как глубина влияет на состав и структуру сообществ морского обрастания, и подчеркивает роль таких факторов, как освещенность, температура и давление, в формировании биообрастаний на различных глубинах: Cowie, P. R. (2010). Biofouling patterns with depth. Biofouling, 87−99
- В этом исследовании авторы изучают изменения в развитии обрастания на нейлоновых экспериментальных пластинах в Красном море, выявляя влияния сезонности и глубины на состав и структуру сообществ: Salama, A. J., Satheesh, S., & Balqadi, A. A. (2018). Development of biofouling communities on nylon net panels submerged in the central Red Sea: effects of season and depth. Thalassas: An International Journal of Marine Sciences, 34, 199−208
Запишитесь на курс, чтобы выполнять задания и получить сертификат!
Школьникам, абитуриентам и учителям
Подводный лес: исследование морских обрастаний
Онлайн-курс про сложные подводные экосистемы, способы изучения и их роль в биоразнообразии планеты и деятельности человека.
- Что вы получите
- 8 уроков
- Уникальные фотографии и видео из экспедиций
- Авторская подача: живая и грамотная речь
- Свободное расписание: нет дедлайнов и сроков сдачи заданий
- Все материалы доступны сразу, можно начать обучение в удобное время
- Профессиональное видео и современная графика
- Быстрая связь с техподдержкой и чат с однокурсниками
- Сертификат о прохождении курса
- Наш курс позволит вам
- Узнать больше о современных исследованиях и профессиях в биологии
- Расширить кругозор и открыть для себя много необычного
- Хорошо провести время, изучая короткие лекции, рассматривая уникальные фото и видео, играя в мини-игры и проходя квизы курса
Находясь на сайте, вы даете согласие на обработку файлов cookie. Это необходимо для более стабильной работы сайта
OK