Hüdrobioloogia spikker (0)

Hüdrobioloogia on veeloomade ja -taimede elu ning veekogudes toimuvaid bioloogilisi protsesse käsitlev bioloogia haru - teadus elust ja eluprotsessidest vees.
Hüdrobioloogia - teadus veeökosüsteemidest ja veeorganismide suhteist ümbruskonnatingimustega (vesikeskkonna), vesikeskkonda uuriv ökoloogiaharu. /Veeorganismide ja nende koosluste ning veekogudes toimuvate bioloogiliste protsesside uurimise alusel loob h. meetmeid veekogude majandamiseks ja reostustõrjeks./
H. tähtsaimad harud:
¤produktsioonihüdrobioloogia (uurib veekogude tootlikkust ja kasuliku produktsiooni suurendamise võimalusi),
¤kalanduslik hüdrobioloogia (tegeleb kalade toiduvaru ja toitorganismide kasvatamisega, kalade ja veeselgrootute aklimatiseerimisega, veekogude fauna rekonstrueerimisega),
¤sanitaarhüdrobioloogia (hüdrobioloogia haru, mis uurib veekogude reostumist ja isepuhastumist ning toksiliste reoainete toimet veeorganismidesse ja nende kooslustesse),
¤meditsiiniline h. uurib veekogudes elavaid tõvestavaid organisme ja nende siirutajaid)
¤tehniline h. (tegeleb vesivarustusega, reovee puhastamisega, veeõitsengu ja pealiskasvu vältimisega).
Hüdrobiondid – veeorganismid – veekogude vees, põhjal ja põhjasetteis elavad mikroobid , taimed ja loomad;
jaotatakse veekogude soolsuse järgi
1)talassobiontideks – mereorganismid;
2)hüfalmürobiontideks – riimveeorganismid;
3)limnobiontideks – mageveeorganismid;
4)halobiontideks – soolajärvede organismid.
Hüdrobiosfäär – hüdrosfääri hõlmav biosfääri osa ( maailmameri ja mandriveekogud)
Maakera kõva koort – litosfääri – ümbritseb õhust koosnev atmosfäär.
Hüdrosfäär on Maa atmosfääri ja litosfääri vahel paiknev katkendlik kest, mille moodustab vedel ja tahke vesi.
Laiemas mõttes arvatakse hüdrosfääri hulka ka atmosfääris, litosfääris ning elusorganismides olev vesi (nii tahke, vedel kui ka gaasiline).
Hüdrosfääri mass on ligikaudu 1,4·1018 tonni (1,4·109 km3) , sellest 97% moodustab maailmamere vesi./ Hüdrosfääri mass on ca 270 korda suurem kui atmosfääri mass./
Ookeanid katavad ca 361,1 milj. km2, s.o. 70,8% maakera pinnast (510 milj. km2); kui ookeanide ja merede veemassid jaotuksid ühtlaselt üle maakera pinna, siis tekiks maailmameri, mille sügavus oleks 2400-2500 m (ookeanide keskmine sügavus tänapäeval); 58% merepinnast paikneb alade kohal, mis on sügavamad kui 400 m.
Hüdrosfääri osade vahel toimub veevahetus (veeringe). Statsionaarse oleku korral on sisenevad ja väljuvad veevood tasakaalus
Evaporatsioon e. aurumine
Evapotranspiratsioon – evaporatsioon e. aurumine (maismaa pinnalt) + taimede hingamine (õhulõhede kaudu) vesi veeauruna atmosfääri
Sublimatsioon – üleminek tahkest faasist gaasilisse ilma vahepealse vedela faasita; jää  veeaur
Jää sulamine
Kondensatsioon – üleminek gaasilisest faasist vedelasse; veeaur  vesi ( pilved)
Sademed
Vee maasse imbumine ( infiltratsioon )
Põhja- ja pinnavee äravool
Veeaur satub atmosfääri merede ja ookeanide, maismaaveekogude, mulla ja taimede pinnalt aurudes. Iga aasta aurub ligikaudu 577*103 km3 vett, kusjuures ligikaudu 85.8% sellest kogusest merede ja ookeanide pinnalt. /Atmosfääris on keskmiselt 13*103km3 vett./
Ookeanide ja merede pinnaaurustumise tagajärjel veekadu , mis vastaks veetaseme langusele 116 - 124 cm. See kadus kompenseeritakse osaliselt sademetena. 91% ookeani pinnalt aurustunud veest satub sinna tagasi sademetena; ülejäänud 9% maismaa kaudu (jõgede sissevool); Näiteks voolab Amazonasest aastas ca 5600 km3 Atlandi ookeani (võrdluseks Reinist 70 km3)
Vesi H2O – ilma Vee unikaalsed füüsikalised omadused:
1)Kõrge erisoojus (energia kogus, mis on vajalik aine temperatuuri muutmiseks) Kuna veel on kõrge erisoojus, võib ta neelata suure koguse soojusenergiat enne kui ta hakkab soojenema ning samas eraldab vesi soojust aeglaselt, kui ta hakkab jahtuma. Vee kõrge erisoojus mahendab Maa kliimat ja aitab organismidel reguleerida efektiivsemalt oma kehatemperatuuri;
2)Puhta vee pH neutraalne , s.t. ei aluseline ega happeline; vee pH muutub, kui temas lahustuvad ained; näit. vihmavee tavaliselt 5,6, sest sisaldab CO2 ja vääveldioksiidi
3)Hea soojusjuht : vesi juhib soojust paremini kui kõik teised vedelikud, Hg v.a. Suurtes veekogudes (järved, jõed) suhteliselt ühtlane temperatuuri profiil .
4)Vesi esineb vedelas olekus väga suures temperatuurivahemikus 0 – 100o C. Võimaldab veel olla vedelas olekus enamuses kohtades meie planeedil
5)Vesi on universaalne lahusti. Ta on võimeline lahustama suurt hulka erinevaid keemilisi ühendeid. See omadus võimaldab veel kanda lahustunud toitaineid pinna- ja põhjavee äravooluga, võimaldab toitainetel imenduda maasse ja kanda neid elusorganismidesse (organismides)
6)Suur pindpinevus (nähtus, kus vedeliku pinnakiht käitub kui elastne kile; vedelik üritab oma pinda muuta alati minimaalseks  veetilgad ). Võimaldab taimedel saada kätte vett ja seal lahustunud toitaineid maapinnast ; moskiitovastsed jt.
Pindpinevust vähendab vee temperatuuri tõus, vees lahustunud soolad, pindaktiivsed ained (klassikaline katse: münt ujub veeklaasis; “merevaht”)
7)Vesi on ainuke ühend Maal, mis eksisteerib kõiges kolmes agregaatolekus: vedelas, tahkes ja gaasilises. Ühest olekust teise muundumisse on kaasatud suured hulgad soojusenergiat. Suur tähtsus soojusenergia ümberjaotumisel Maa atmosfääris.
8)Vee jäätumisel selle ruumala suureneb (ca 9%). Vesi on ainuke ühend Maal, mille maksimaalne tihedus ei ole tahkes olekus. Veekogude jäätumisel ei vaju jää põhja – takistab veekogude põhjani jäätumist, vooluveekogude üleni kinnikülmumist. Isolatsioonikiht.
9)Vee tihedus sõltub temperatuurist. Puhta vee tihedus kõrgeim 4o C juures. (Kaksikassotsiaatide kontsentratsioon on kõrgeim)
Temperatuur (Celsius)
Tihedus (grammi kuupsentimeetris)
0 (tahke)
0.9150
0 (vedel)
0.9999
4
1.0000
20
0.9982
40
0.9922
60
0.9832
80
0.9718
100 ( gaas )
0.0006
Merevee soolsus

• teatud koguses merevees lahustunud soolade kogus, kusjuures nende kvalitatiivne koosseis ei oma tähtsust. Kuna erinevate ioonide sisaldus merevees on väga konstantne , siis võib soolsuse väärtuste põhjal igal ajal eri soolade või katioonide ja anioonide kontsentratsioonid välja arvutada.
  

Soolsuse e. saliinsuse (lühendiks S) väärtused esitatakse promillides (‰) , s.o. soolade kogus g-des 1 liitris vees
Soolsuse järgi eristatakse

• hüperhaliinset e. ülisoolast (>40‰)
  
• euhaliinset e. täissoolast (30-40‰)
  
• miksohaliinset (0,5-30%)
  

polühaliinne (18-30‰)
mesohaliinne (5-18‰)
oligohaliinne (0,5-5‰)

• magevett (

Mikroelemendid merevees
Lisaks lahustunud sooladele leidub merevees väikestes kogustes ka mikroelemente – mereveest võib leida enamuse Mendelejevi tabeli elementidest (perioodilisuse tabel?). Need anorgaanilised molekulid on hüdrosfääri tekkest alates pestud välja kivimitest või eraldunud vette vulkaanilise tegevuse tagajärjel. Osa neist elementidest pärineb ka maismaalt – kandunud jõgede kaudu ookeani.
Koguseid mõõdetakse μg/l./ Kuna kogused väikesed, siis määramine keeruline (kõik meetodid ei sobi – tundlikkus, määramistäpsus liiga väike)./
Suured kõikumised kogustes! Suur ajaline- ja ruumiline varieeruvus.
Näited toodud tabelis:
Kontsentratsioon μg/l (10-6 g/l)
Li
180-190
N
0-560
Al
0-7
P
0-90
V
2-3
Fe
0,1-62
Cu
0,2-4,0
Au
0,004-0,027
U
2-4,7
Orgaanilised ained esinevad merevees:

• lahustunud kujul
  
• kolloididena
  
• väikeste osakestena (partikulaarsel kujul)
  

kuuluvad erinevatesse ainerühmadesse
Suurem osa sattunud merevette organismide elutegevuse tagajärjel: erinevad eritised või on tekkinud elusorganismide lagunemisel;
Erinevalt enamusest anorg. ainetest on org aine sisaldus merevees suhteliselt väike. Suur ruumiline ja ajaline kõikumine nii kvantitatiivses (kogused) kui kvalitatiivses (millise päritoluga org. ainega on tegemist) sisalduses. Sõltub organismide asustustihedusest antud piirkonnas; mõju suurus sõltub ajast.
Näiteks fütoplanktoni õitsemine, mille tagajärjel satuvad vette mürgised ained  kalade suremus ; kolloidide moodustumine – vesi vahutab (NB! Vee pindpinevuse vähendamine)
Merevees lahustunud gaasid:
Lämmastik (N2)
Hapnik (O2)
Süsinikdioksiid (CO2)
Argoon
Nende kontsentratsioonid merevees väga varieeruvad ja sõltuvad erinevatest füüsikalistest parameetritest:

• Temperatuurist
  
• Soolsusest
  
• Hüdrodünaamikast
  

Kui ka bioloogilistest protsessidest ( assimilatsioon ja hingamine);
Hapniku defitsiidi korral, näiteks suurtes sügavustes (mõjutab vähene veevahetus) tekib anaeroobsete bioloogiliste protsesside tagajärje H2S (mädamunalõhnaline, toksiline gaas)
Päikesevalgus
Valgus levib vees kiirusega 225 000 km/s (õhus 300 000 km/s).
Valguse intensiivsus langeb sügavuse kasvades järsult. Valguskiirguse nõrgenemise vees tingivad:

neeldumine ja hajumine „ puhtas vees“ (sõltub seal lahustunud soolade hulgast); hajumisel muudab valguskvant suunda, kusjuures eri suundades hajub erinev kogus valgust;

neeldumine ja hajutamine optiliselt aktiivsete ainete poolt :
a) vees lahustunud orgaaniline aine – „kollane aine“ („gelbstoff“) – nagu nimigi ütleb, neelab sinist valgust tugevaminikui teisi lainepikkusi;
b) fütoplankton (elus org. aine; pigmendid);
c) detriit (elutu org. aine – koosneb erinevas lagunemisastmes olevatest taimsetest ja loomsetest produktidest e. veeorganismide elutegevuse jääkidest ja surnud organismide tükikestest)
d) tripton – veekogu vees hõljuvad tahked surnud organismide (detriit) tükikesed ja mineraalainete osakesed
Valguse bioloogiline tähtsus veeorganismidele

/Otsene mõju/ - tähtsaim energiaallikas org. aine tootmiseks fotosünteesi protsessis
Ilma (maailmameres peamiselt fütoplanktoni e. taimse hõljumi poolt teostatud protsessis) ei oleks ookeanis elu, kuna selle energiaringed on praktiliselt sõltumatud magevee ja maismaa energiaringetest.
Valguse piiratud kättesaadavus tingib taimsete veeorganismide esinemise ülemistes footilise tsooni kihtides ja viib ruumilise konkurentsi kujunemisele – võitlusele soodsamate valgustingimustega kasvukohtade pärast, mis avaldub eriti tugevalt fütobentose (s.o. põhjale kinnitunud taimede) hulgas (sarnane,võrreldav isegi konkurentsiga troopilistes vihmametsades). Konkurentsi mahendab fütobentosele iseloomulik kromaatilise adaptatsiooni nähtus – erinevatele rühmadele iseloomulikud erinevad pigmenid, mis neelavad valgust erinevast spektripiirkonnast – võimaldab optimaalsemalt kasutada valgusspektri kitsamaid osi ja kasvada kehvemates valgustingimustes.

Aastaajad: ajaskaalas allub floora levik ja produktiivsus aastaaegade mõjule – mõju kasvab ekvaatorist eemaldumisega järk- järgult.
Mõjutab omakorda herbivooride ( taimsest orgaanilisest ainest toituvate loomade) esinemist ja aktiivsust. Neist omakorda sõltub toiduahela kõrgemate astmete sesoonne (aastaaegadest sõltuv) käitumine – valguse kaudne mõju.
Näiteks sinivaala ränne ja paljunemisrütm on seotud valgustingimustega, kuna tema põhiline toiduallikas krill ( ) paljuneb ainult lühikese antarktilise või vastavalt arktilise suve ajal, kui fütoplanktoni õitseng saavutab peaaegu 24 t kestva valguspäeva jooksul oma maksimumi . Mõju kaudne – taimse assimilatsiooni kaudu.

Valguse mõju (footilised signaalid) paljunemisele võib olla aga ka otsene: paljude selgrootute loomade gameetide viljastamine ja nende vette laskmine sünkroniseeritakse valgusärrituse läbi.

Eufootilist tsooni (maailmamere ülemine valgusrohke veekiht) asustavatel loomadel sõltub käitumine (toitumine, partneri otsimine, territoriaalne käitumine, puhkamine jne) ning ainevahetus samuti valgusest.
UV kiirgus
Lühilainelised UV kiired (λ=200-400nm) on bioloogiliselt „ärritavad“, s.t. nad võivad olenevalt doosi suurusest põhjustada elusorganismides muutusi molekulaarsel tasemel. Näiteks põhjustada pärilikkusega seotud erinevaid DNA või kromosoomide mutatsioone.
Märkimisväärne osa UV kiirgusest (eriti 200-280nm) absorbeeritakse Maad ümbritseva osoonikihi (O3) ja atmosfäärse hapniku (O2) poolt. Veeorganismidele mõjub UV kiirgus vähem, sest see neeldub veekogude ülemises kihis ja ei tungi sügavale. Avameres elavatel organismidel ei ole võimalik selle kiirguse eest otseselt varjule minna, vaid nad suunduvad sügavamatesse veekihtidesse – ilmselt üks ööpäevase vertikaalse rände põhjusi paljude zooplanktoni esindajate puhul. Seelist võimalust ei ole aga sessiilsetel (substraadile kinnitunud) rannikulähedastes piirkondades kasvavatel organismidel: näiteks tõusu-mõõna piirkonda asustavatel liikidel, kes on seetõttu mõõna ajal UV kiirte eest täielikult kaitsmata. Ka madalas vees kasvavad elusorganismid mõjutatud UV kiirguse poolt. /Läänemeres küll loodeid pole, aga esinevad suured veetaseme kõikumised/.
Kohastumised: korallid (Acropora formosa), mis on toodud suurest sügavusest tõusu-mõõna tsooni, hukkuvad ilma kunstliku varjuta 1 päevaga, kuigi samas piirkonnas elavad edukalt nende liigikaaslased tänu sümbiontsetele vaguviburvetikatele (zooksantellid) /mõlemale kasulik kooselu – sümbioos/; neist on eristatud 3 erinevat aminohapet, mis neelavad erineva lainepikkusega UV kiirgust ja kaitsevad sellega peremeesorganismi (koralli).
Bioluminestsents
Isegi sügavustes, kuhu päikesevalgus ei suuda tungida , mängib valgus olulist rolli. Paljudes mikroorganismides, selgrootutes ja kalades toodetakse spetsiifiliste keemiliste reaktsioonide käigus nn. külma valgust - bioluminestsents.
Nähtus ei esine ainult suurtes meresügavustes vaid ka veepinnal ja maismaal.
Näiteks juba vanal ajal tuntud öine mere helendamine on põhjustatud erinevate dinoflagellaatide poolt (1830), tuntuimaks esindajaks Noctiluca miliaris (1-2mm). Valgus tekib biokeemiliste reaktsioonide tagajärjel: lutsiferiini ensümaatilise oksüdeerimise käigus (ATP, O2, H2O) eraldub valgus.
Bioluminestsentsi tekkimisel eraldub 80-95% energiast valgusena

Ekstratsellulaarne (rakuväline) bioluminestsents – organism eritab spetsiaalsetest näärmerakkudest (fototsüüdid) vette helendavaid, osaliselt limaga segatud sekreete. Näiteks karp Pholas, hulkharjasussid Odontosyllis, mõned karpvähilised jt.

Intratsellulaarne (rakusisene) bioluminestsents kontsentreerub kindlatesse kehapiirkondadesse, spetsiaalsetesse valgusorganitesse, kusjuures valgust tootvad keemilised protsessid toimuvad spetsialiseerunud rakkudes (fototsüütides).
Valgusorganid süvavee vähkidel ja kaladel:

Keha enda rakud

Sümbioos valgust tootvate bakteritega
Fluorestsents
Osa meretaimi- ja loomi fluorestseerivad. Nähtus tugineb füüsikalisel protsessil, kus silmale nähtamatu elektromagneetilise spektri UV ala, näit. lühilaineline UV valgus molekulide poolt ümbermuundatakse, nii et ta nendelt nähtava valgusena tagasi peegeldatakse.
Kui näiteks aktiiniat Anemonia sulcata pimedas kiiritatakse, helendavad püüniskombitsad punaka valgusega , mis kohe kaob, kui UV kiirgus katkestatakse.
Kuna spektri UV osa neelatakse vee pinnakihis , siis ei oma fluorestsentsi nähtus bioloogilist tähtsust.
Fotosüntees
Fotosüntees on rohelistes taimedes ja fotosünteesivates bakterites kulgev protsess, mille käigus valgusenergia muudetakse orgaaniliste ühendite keemiliseks energiaks.
Vetikate ja kõrgemate taimede puhul avaldub fotosüntees väliselt CO2 neelamises ja O2 eraldumises keskkonda. Väliskeskkonnast neelatud energia kasutatakse orgaaniliste ainete sünteesiks. CO2 redutseerimiseks vajaliku vesiniku (elektronide) allikana kasutatakse vett. Vees sisalduv hapnik eraldub seejuures keskkonda. Kui CO2 redutseerimise produktiks on sahhariid (CH2O), on fotosüntees kirjeldatav võrrandiga
CO2+2H2O+valgusenergia → (CH2O)+O2+H2O
Kui lõpp-produktiks on glükoos, siis
6CO2+12H2O+valgusenergia → C6H12O6+6O2+6H2O
Fotosünteesi staadiumid ja faasid
Valgusenergia transformeerumine fotosünteesis keemiliste sidemete energiaks on liitne protsess, milles osalevad mitmesugused füüsikalised, fotokeemilised ja biokeemilised reaktsioonid.
Fotosünteesis osalevate reaktsioonide valgusest sõltuvuse alusel eristatakse fotosünteesi valgusstaadiumi ja pimestaadiumi.
Fotosünteesi valgusstaadiumi moodustavad reaktsioonid, mis sõltuvad vähe temperatuurist. Siia kuuluvad valguskvandi neeldumisega ja energia migratsiooniga seotud protsessid (fotofüüsikalised protsessid), aga samuti fotokeemilised reaktsioonid, mis viivad vee oksüdatsiooniks vajaliku tugeva oksüdeerija ja CO2 redutseerimiseks vajalike energeetiliste faktorite – reduktiivjõu ( NADPH ) ja assimilatoorjõu (ATP) – tekkele. Valgusstaadiumi reaktsioonides osalevad struktuurid on koondunud kloroplastide membraanidesse.
Fotosünteesi pimedusstaadiumi moodustavad ensüümireaktsioonid, mis on seotud CO2 assimilatsiooniga. Reaktsioone katalüüsivad ensüümid on lokaliseerunud kloroplastide stroomas.
Reaktsioonimehhanismide alusel võime fotosünteesi jaotada fotofüüsikaliseks, fotokeemiliseks ja biokeemiliseks faasiks.
Fotofüüsikalises faasis neeldub valgus pigmentsüsteemis, mille tagajärjel kvandi energia transformeerub ergastatud pigmendimolekuli siseenergiaks. Energia migratsiooniprotsessides suunatakse neelatud valgusenergia reaktsioonitsentrisse.
Fotokeemilises faasis toimub fotosünteesi üks kesksemaid protsesse – valgusenergia muundamine keemiliseks energiaks. Fotokeemiline faas toimub spetsiaalsetes reaktsioonitsentrites, milles asuvad fotokeemiliselt aktiivsed klorofüllimolekulid. Fotokeemilistes reaktsioonides on klorofüll vaadeldav elektronpumbana, mis valgusenergia abil viib madalal energeetilisel nivool oleva doonori elektroni kõrgele energeetilisele nivoole aktseptormolekulis. Reaktsioonitsentrites kulgevate fotokeemiliste reaktsioonide käigus moodustub ühelt poolt tugev redutseerija, mis on vajalik vee oksüdatsiooniks, ja teiselt poolt tugev redutseerija, mis tagab reduktiivjõu (NADPH) tekke.
Fotosünteesi biokeemilises faasi võib jaotada kaheks etapiks. Esimesel etapil moodustuvad fotokeemilisteste reaktsioonide produktidesse kätketud energia arvel metabolismis universaalselt kasutatavad energeetilised faktorid (ATP ja NADPH). Teisel etapil toimub CO2 assimilatsioon ja hulk teisi protsesse, mis kasutavad nimetatud energeetilisi faktoreid.

• CO2 põhiliseks assimilatsioonirajaks rohelistes taimedes on reduktiivne pentoosfosfaadi tsükkel – Calvini tsükkel
  

Avastati Calvini, Bensoni ja Basshami uurimistöö tulemusena 50. aastatel. 1961 Clvinile Nobeli preemia.
Valgus on elektromagneetiline kiirgus, moodustab kogu elektromagneetilisest spektrist kitsa osa, mille lainepikkused on inimsilmale nähtavad + UV ja infrapunased lainepikkused. Kuid eksisteerivad olulised erinevused inimese silma ja taimede fotosünteetiliste pigmentide spektraalse tundlikkuse vahel. Meie nägemispigment rodopsiin neelab maksimaalselt valgust rohelises spektripiirkonnas (556 nm), kusjuures neeldumine väheneb järsult mõlemal pool neeldumismaksimumi.
Klorofüllid ja teised valgust neelavad pigmendid omavad erinevaid neeldumismaksimume ning koos neelavad nad valgust väga laial spektrialal, mida nimetatakse fotosünteetiliselt aktiivseks kiirguseks (PAR). PAR defineeritakse kui lainepikkusi 350 (sagedamini küll 400) kuni 700nm. Kuid on ka tõendeid, et fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus võib mõnede rohevetika liikide puhul ulatuda 300nm-ni (Ulva lactuca)
Aksessorpigmendid e. kaaspigmendid – klorofüllid ei suuda neelata valgust kogu spektrialal, teised pigmentide poolt neelatud valgus kantakse üle klorofüllidele – tänu sellele fotosüntees võimalik ka spektrialal, kus klorofüllid valgust ei neela. Karotinoidid kaitsevad klorofülle ja teisi fotosünteetilise aparaadi osasid fotodestruktsiooni eest. Neelavad valgust spektri lühilainelises osas ja moodustavad labiilsetele ühenditele sellega nagu ekraani, mis kaitseb neid ühendeid energiarikaste kvantide eest.