Гидробиология

Красная морская звезда

Гидробиология (греч. Yδρo «вода» + βίος, «жизнь» + λoγoς «слово, учение») — раздел биологии, изучающий жизнь водных организмов (гидробионтов) и их сообществ как биотических компонентов в экосистемах морских и континентальных водоёмов.

Гидробиология — преимущественно экологическая наука, так как условия жизни в водной среде определяются физико-географическими особенностями водоёма, многие из вторых, например химический состав воды, в особенности состав биогенных элементов и растворённых газов и их количество, характер донных отложений, прозрачность воды и др., находятся под сильным влиянием водных организмов и часто определяются их жизнедеятельностью. Имеет общие задачи с комплексными географическими дисциплинами, как лимнология и океанология. Из биологических дисциплин наиболее тесно связана с зоологией, ботаникой, микробиологией, физиологией и биогеографией.

История

Впервые термин «гидробиология» появился в работах немецких биологов в конце XIX века, широкое распространение получил в начале XX века после организации и выхода в свет журналов «Archiv für Hydrobiologie und Planktonkunde» (1906) и «Internationale Revue der gesamten Hydrobiologie und Hydrographie» (1908). Ещё до возникновения гидробиологии, как науки, началось накопление фактов, составляющих её научный багаж. Можно отметить следующие заметные события этого процесса:

• 1650 год — Варениус выделил четыре типа озёр по присутствию или отсутствию притоков и поверхностного стока.
• 1674 год — Ван Левенгук|ван Левенгук описал микроскопическую водоросль спирогиру, некоторые особенности динамики водорослей в озёрах, влияние на неё ветра.
• 1780 год — Соссюр описал тепловую стратификацию озёр.
• 1810 год — Лесли изучил формирование физической структуры водного тела некоторых шотландских озёр под воздействием поступления света и тепла, ветра, температуры воды.
• 1819 год — Де ла Беш описал металимнион (термоклин) в Женевском озере.
• 1826 год — Де Кандолль выполнил первое научное описание цветения водорослей в озере.
• 1845 год — Мюллер описал планкто

Большую роль в становлении гидробиологии сыграло создание во второй половине XIX века большого числа морских и пресноводных биологических станций. Одна из первых морских биологических станций была основана в Севастополе в 1872 году по инициативе А. О. Ковалевского и существует до настоящего времени. В 1872 году открывается морская станция в Неаполе, основанная А. Дорном, в 1876 году — Ньюпортская станция на атлантическом побережье США, основанная А. Агассисом. Несколько позже стали создаваться пресноводные биологические станции: в 1890 году — на озере Плен, Германия), в 1891 году — на озере Глубокое (Московская обл.), в 1894 году — на реке Иллинойс (США). В 1900 году на Волге в Саратове открылась первая в Европе речная биологическая станция.

В России первое крупное изучение биологии морей было осуществлено научно-промысловой экспедицией по изучению рыболовства и рыбных запасов в Каспийском море, проведенной в 1853—1856 годах под руководством К. Бэра и Н. Данилевского. Результаты подобных экспедиций положили начало направлению исследований и определили характер современной гидробиологии как экологической науки. Именно гидробиологические исследования российского биолога Г. Г. Винберга (1932) и американского учёного Г. Райли (1935) послужили основой для разработки фундаментальных представлений о трофических цепях как основе функциональной организации экологических систем. В 1-й половине XX века гидробиологические исследования проводились в рамках таких географических дисциплин, как океанография и лимнология.

Параллельно морским биологическим исследованиям в нашей стране развивалось и гидробиологическое изучение пресных вод. С начала 30-х годов во все возрастающем масштабе проводит гидробиологические исследования ВНИИ озерного и речного рыбного хозяйства (ВНИОРХ, позже ГосНИОРХ) с сетью своих отделений.

Предмет, цель, задачи и методы исследований гидробиологии

Предметом исследований гидробиологии являются экологические процессы в водной среде, то есть процессы взаимодействия гидробионтов, их популяций и сообществ между собой и с абиотическими компонентами водных экосистем. Водная экология исследует, кроме того, и воздействие человека на эти процессы.

Цель гидробиологии может быть определена как понимание экологических процессов, происходящих в водной среде. Управление этими процессами с целью оптимизации использования водных ресурсов может считаться целью водной экологии.

Основной задачей гидробиологии является изучение экологических процессов в гидросфере, тогда как применение их в интересах освоения гидросферы и оптимизации взаимодействия человеческого общества с водными экосистемами — основная задача водной экологии.

Главным методом гидробиологии, как и остальных экологических дисциплин, является системный подход, то есть рассмотрение экосистемы как целого, и количественный учёт протекающих в ней потоков энергии, вещества и информации. Следовательно, гидробиология всегда оперирует величинами численности организмов, их биомассы и продукции

Для количественного учёта используют различные орудия и приборы как специфически гидробиологические — планктонные сети (рис. 1), дночерпатели, драги, планктоночерпатели, батометры различных конструкций, так и многие приборы, заимствованные из арсеналов гидрохимии, гидрофизики, гидрологии. В последнее время часто используются погружные и дистанционные биофизические приборы.

Основные направления гидробиологии

Общая гидробиология изучает биогидросферу в экологическом аспекте. Специфику экологии водоемов разного типа рассматривает частная гидробиология. В прикладном аспекте выделяют гидробиологию:

— продукционную, изучающую биологические основы продуктивности водоемов (например, повышения вылова рыбы, урожая морепродуктов и т. п.).

— санитарную, занимающуюся решением проблем чистой воды, самоочищения водоёмов.

— медицинскую, исследующую происхождение и распространение болезней, связанных с водой (инфекционных). Её подразделом является гидропаразитология, разрабатывающая методы борьбы с паразитическими животными, обитающими в водоёмах, в том числе личиночными стадиями паразитов.

— токсикологическую, изучающую возможность вреда продуктов техногенеза для водных объектов, в частности, влияние токсикантов на гидробионтов и экосистемные процессы.

— радиологическую, решающую вопросы, связанные с поступлением в водоёмы радионуклидов, влиянием их на гидробионтов, накоплением их в трофических цепях.

— техническую, изучающую биологические явления, представляющие опасность для техники, контактирующей с водой (биокоррозия, обрастания и т. п.). Частным случаем её можно считать как навигационную гидробиологию, которая исследует водные биологические процессы, препятствующие судоходству.

В связи с разработкой некоторых общих проблем в гидробиологии обособились отдельные направления, из которых главные:

• системная гидробиология;
• трофологическая гидробиология;
• энергетическая гидробиология;
• этологическая гидробиология;
• палеогидробиология;
• бентология;
• планктология.

Системная гидробиология занимается общими проблемами организации биосистем в гидросфере, их поведением, самоорганизацией и самоуправлением, моделированием водных биосистем, прогнозом их состояния при различных внешних воздействиях.

По изучаемым процессам различаются трофологическая гидробиология — пищевые связи, биологическая трансформация веществ; энергетическая гидробиология — поток энергии, её биологическая трансформация; этологическая гидробиология — поведение гидробионтов; палеогидробиология — исторические изменения водных экосистем.

По локализации изучаемых процессов в общей гидробиологии можно выделить бентологию и планктологию. Первая занимается экологическими процессами, проходящими на дне водоемов и водотоков, вторая — в толще вод.

Частная гидробиология изучает специфику экологии водных объектов разного типа. Выделяют гидробиологию морей, озёр, прудов, болот, луж, временных и пересыхающих водоёмов и др. То же происходит и для водотоков: гидробиология рек различных типов, ручьёв. Кроме того, существует гидробиология подземных и пещерных вод, гидробиологии полярных и тропических водоемов, водоёмов умеренного пояса и субтропических. Описанием моделирования экосистемы в замкнутом искусственном водоёме и различных аспектов разведения рыб занимается аквариумистика.

Научные учреждения, кафедры, общества

1. Гидробиологическое общество РАН, с 1993 года.
2. Институт Биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, создан в 1956 году
3. Кафедра гидробиологии Биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, основана в 1924 году
4. Институт биологии моря Дальневосточного отделения РАН им. А. В. Жирмунского
5. Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра РАН
6. Институт Экологии Волжского бассейна РАН, основан в 1983 году
7. Лаборатория пресноводной и экспериментальной гидробиологии Зоологического Института РАН
8. Институт Океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Литература

• Константинов А. С. Общая гидробиология: Учеб. для биол. спец. вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1986. — 472 с.