Морская биология - Marine biology

Морская биология изучает виды ( морскую жизнь ), обитающие в морских средах обитания ( прибрежные среды и места обитания открытого океана ). По часовой стрелке сверху слева: бассейн приливов в Санта-Крус , США; Школа Баракуда на острове Пом Пом , Малайзия; Исследовательская подводная лодка для морских исследований; Веерные мидии на лугу средиземноморских водорослей .

Морская биология является научным изучением биологии морской жизни , организмы в море . Учитывая, что в биологии многие типы , семейства и роды имеют одни виды, которые живут в море, а другие - на суше, морская биология классифицирует виды на основе окружающей среды, а не на основе таксономии .

Большая часть всего живого на Земле живет в океане. Точный размер этой большой части неизвестен, поскольку многие океанические виды еще предстоит обнаружить. Океан - это сложный трехмерный мир, покрывающий примерно 71% поверхности Земли. Среды обитания, изучаемые в морской биологии, включают все: от крошечных слоев поверхностной воды, в которых организмы и абиотические предметы могут быть пойманы в ловушку поверхностного натяжения между океаном и атмосферой, до глубин океанических желобов , иногда на глубине 10 000 метров или более под поверхностью. океан. Конкретные места обитаний включают в эстуарий , коралловые рифы , бурые водоросли , морские водоросли лугов , окружает из подводных гор и тепловых отверстий , tidepools , мутные, песчаных и каменистых грунтов, а также открытый океан ( пелагический ) зона, где твердые предметы являются редкими и поверхность вода - единственная видимая граница. Изученные организмы варьируются от микроскопического фитопланктона и зоопланктона до огромных китообразных (китов) длиной 25–32 метра (82–105 футов). Морская экология - это изучение того, как морские организмы взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой.

Морская жизнь - это огромный ресурс, который дает пищу, лекарства и сырье, а также помогает поддерживать отдых и туризм во всем мире. На фундаментальном уровне морская жизнь помогает определить саму природу нашей планеты. Морские организмы вносят значительный вклад в кислородный цикл и участвуют в регулировании климата Земли . Береговые линии частично сформированы и защищены морскими обитателями, а некоторые морские организмы даже помогают создавать новые земли.

Многие виды имеют экономическое значение для человека, включая как рыб, так и моллюсков. Также становится понятным, что благополучие морских организмов и других организмов фундаментально взаимосвязано. Объем человеческих знаний о взаимосвязи между жизнью в море и важными циклами быстро растет, и почти каждый день делаются новые открытия. Эти циклы включают циклы вещества (например, углеродный цикл ) и воздуха (например , дыхание Земли и движение энергии через экосистемы, включая океан). Большие области под поверхностью океана до сих пор остаются практически неисследованными.

Биологическая океанография

Два вида на океан из космоса
Морская биология изучает виды, обитающие в морских средах обитания . Большая часть поверхности Земли покрыта океаном , который является домом для морских обитателей . Океаны в среднем имеют глубину почти четыре километра и окаймлены береговой линией, протяженностью около 360 000 километров .

Морскую биологию можно противопоставить биологической океанографии . Морская жизнь - это область изучения как морской биологии, так и биологической океанографии. Биологическая океанографии является изучение того , как организмы влияют и зависят от физики , химии и геологии в океанографической системы . Биологическая океанография в основном фокусируется на микроорганизмах в океане; глядя на то, как на них влияет их окружающая среда и как это влияет на более крупных морских существ и их экосистему. Биологическая океанография похожа на морскую биологию, но изучает жизнь океана с другой точки зрения. Биологическая океанография использует подход снизу вверх с точки зрения пищевой сети, в то время как морская биология изучает океан с точки зрения сверху вниз. Биологическая океанография в основном фокусируется на экосистеме океана с акцентом на планктон: их разнообразие (морфология, источники питания, подвижность и метаболизм); их продуктивность и то, как это играет роль в глобальном углеродном цикле; и их распространение (хищничество и жизненный цикл). Биологическая океанография также исследует роль микробов в пищевых сетях и влияние человека на экосистемы океанов.

Морские места обитания

Морские ареалы можно разделить на прибрежные и открытые океанические . Прибрежные местообитания встречаются на территории, простирающейся от береговой линии до края континентального шельфа . Большая часть морской флоры и фауны обитает в прибрежных средах обитания, хотя шельф занимает всего семь процентов от общей площади океана. Места обитания в открытом океане находятся в глубинах океана за пределами континентального шельфа. В качестве альтернативы морские местообитания можно разделить на пелагические и демерсальные . Пелагические среды обитания находятся у поверхности или в толще открытой воды , вдали от дна океана и подвержены влиянию океанских течений , в то время как демерсальные среды обитания находятся рядом или на дне. Морские среды обитания могут быть изменены их обитателями. Некоторые морские организмы, такие как кораллы, водоросли и морские травы, являются инженерами экосистемы, которые видоизменяют морскую среду до такой степени, что создают дополнительную среду обитания для других организмов.

Приливно-отливной и прибрежный

Приливные бассейны с морскими звездами и морскими анемонами

Приливные зоны , районы, расположенные близко к берегу, постоянно подвергаются воздействию океанских приливов и отливов . В этой зоне можно найти огромное множество жизни. Прибрежные местообитания простираются от верхних зон приливной зоны до областей, где растительность на суше занимает заметное место. Под водой он может находиться где угодно, от ежедневных до очень редких. Многие виды здесь - падальщики, живущие за счет морской жизни, которую выносит на берег. Многие наземные животные также активно используют береговые и приливные среды обитания. Подгруппа организмов в этой среде обитания бурит и измельчает обнаженные породы в процессе биоэрозии .

Эстуарии

В эстуариях меняются потоки морской и пресной воды.

Эстуарии также находятся недалеко от берега и подвержены влиянию приливов . Устье - это частично замкнутый прибрежный водоем с одной или несколькими реками или ручьями, впадающими в него и имеющий свободный выход в открытое море. Эстуарии образуют переходную зону между средой пресноводных рек и морской средой. Они подвержены как морским влияниям, таким как приливы, волны и приток соленой воды, так и речным влияниям, таким как потоки пресной воды и наносов. Смена потоков морской и пресной воды обеспечивает высокий уровень питательных веществ как в толще воды, так и в донных отложениях, что делает эстуарии одними из самых продуктивных естественных мест обитания в мире.

Рифы

Коралловые рифы образуют сложные морские экосистемы с огромным биоразнообразием .

Рифы представляют собой одни из самых плотных и разнообразных местообитаний в мире. Самые известные типы рифов - это тропические коралловые рифы, которые встречаются в большинстве тропических вод; однако рифы могут существовать и в холодной воде. Рифы созданы кораллами и другими животными, откладывающими кальций , обычно на вершинах скалистых выступов на дне океана. Рифы могут расти и на других поверхностях, что позволило создать искусственные рифы . Коралловые рифы также поддерживают огромное сообщество живых существ, включая сами кораллы, их симбиотические зооксантеллы , тропических рыб и многие другие организмы.

Большое внимание в морской биологии уделяется коралловым рифам и погодным явлениям Эль-Ниньо . В 1998 году коралловые рифы испытали самое сильное массовое обесцвечивание за всю историю наблюдений, когда обширные пространства рифов по всему миру погибли из-за того, что температура поверхности моря поднялась намного выше нормы. Некоторые рифы восстанавливаются, но ученые говорят, что от 50% до 70% коралловых рифов мира в настоящее время находятся под угрозой исчезновения, и предсказывают, что глобальное потепление может усугубить эту тенденцию.

Некоторые репрезентативные виды океанических животных (не в масштабе) в пределах их приблизительной экологической среды обитания, определенной по глубине. Морские микроорганизмы существуют на поверхности и в тканях и органах разнообразных форм жизни, населяющих океан, во всех океанских средах обитания.

Открытый океан

Открытый океан - это область глубокого моря за континентальными шельфами .

Открытый океан относительно непродуктивен из-за нехватки питательных веществ, но из-за его огромных размеров в целом он производит самую первичную продуктивность. Открытый океан разделен на разные зоны, и каждая из этих зон имеет разную экологию. Зоны, которые различаются по глубине, включают эпипелагические , мезопелагические , батипелагические , абиссопелагические и гадопелагические зоны. Зоны , которые различаются в зависимости от количества света , которое они получают включают фотическую и Aphotic зону . Большая часть энергии афотической зоны поступает из открытого океана в виде детрита .

Глубокое море и окопы

Глубоководная химера. Его морда покрыта крошечными порами, способными обнаруживать животных по возмущениям в электрических полях.

Самая глубокая зарегистрированная океаническая впадина , измеренная на сегодняшний день, - это Марианская впадина , недалеко от Филиппин , в Тихом океане на высоте 10924 м (35 840 футов). На таких глубинах давление воды очень велико, и солнечного света нет, но какая-то жизнь все еще существует. Белая камбала , креветка и медуза были замечены американским экипажем батискафа Триест, когда он нырнул на дно в 1960 году. В целом считается, что глубокое море начинается в афотической зоне , точке, где солнечный свет теряет свою силу. переноса через воду. Многие формы жизни, обитающие на этих глубинах, обладают способностью создавать собственный свет, известный как биолюминесценция . Морская жизнь также процветает вокруг подводных гор, которые поднимаются из глубины, где рыба и другие морские обитатели собираются, чтобы нереститься и кормиться. Гидротермальные жерла вдоль центров распространения срединно-океанических хребтов действуют как оазисы , так же как и их противоположности - холодные выходы . Такие места поддерживают уникальные биомы, и в этих местах было обнаружено много новых микробов и других форм жизни.

морская жизнь

Взрослый лосось при грибковом заболевании
Альбатрос парит над океаном в поисках добычи

В биологии у многих типов, семейств и родов есть виды, которые живут в море, а другие - на суше. Морская биология классифицирует виды на основе окружающей среды, а не таксономии. По этой причине морская биология охватывает не только организмы, которые живут только в морской среде, но и другие организмы, жизнь которых вращается вокруг моря.

Микроскопическая жизнь

Морские микробные системы, обитающие в самой крупной окружающей среде на Земле, вызывают изменения во всех глобальных системах. Микробы несут ответственность практически за весь фотосинтез , происходящий в океане, а также за круговорот углерода , азота , фосфора и других питательных веществ и микроэлементов.

Подводная жизнь под микроскопом невероятно разнообразна и все еще плохо изучена. Например, роль вирусов в морских экосистемах практически не изучается даже в начале 21 века.

Роль фитопланктона лучше понятна из-за их критического положения как самых многочисленных первичных продуцентов на Земле. Фитопланктон подразделяется на цианобактерии (также называемые сине-зелеными водорослями / бактериями), различные типы водорослей (красные, зеленые, коричневые и желто-зеленые), диатомовые водоросли , динофлагелляты , эвгленоиды , кокколитофориды , криптомонады , хризофиты , хлорофиты , празинофиты и силикофлагелляты .

Зоопланктон, как правило, несколько крупнее, и не все микроскопические. Многие простейшие являются зоопланктоном, включая динофлагелляты, зоофлагелляты , фораминиферы и радиолярии . Некоторые из них (например, динофлагелляты) также являются фитопланктоном; различие между растениями и животными часто нарушается в очень маленьких организмах. Другой зоопланктон включает книдарий , гребневиков , хетогнатов , моллюсков , членистоногих , хордовых и кольчатых червей, таких как полихеты . Многие более крупные животные начинают свою жизнь как зоопланктон, прежде чем они становятся достаточно большими, чтобы принять свои знакомые формы. Два примера - личинки рыб и морские звезды (также называемые морскими звездами ).

Растения и водоросли

Микроскопические водоросли и растения представляют собой важные среды обитания для жизни, иногда выступая в качестве укрытий для личинок более крупных рыб и мест кормления для беспозвоночных.

Водоросли под океаном широко распространены и очень разнообразны. Микроскопические фотосинтетические водоросли вносят больший вклад в фотосинтез в мире, чем все наземные леса вместе взятые. Большая часть ниши, занимаемой субрастениями на суше, на самом деле занята макроскопическими водорослями в океане, такими как саргассум и ламинария , которые широко известны как водоросли , образующие леса ламинарии .

Растения, которые выживают в море, часто встречаются на мелководье, такие как морские травы (примерами которых являются угорь, зостера и трава черепахи, Thalassia ). Эти растения приспособились к высокой солености океанской среды. Приливная зона является также хорошим местом , чтобы найти жизнь растений в море, где мангровые леса или cordgrass или пляж трава может расти.

Беспозвоночные

Как и на суше, беспозвоночные составляют огромную часть всего живого в море. Морские беспозвоночные животные включают Cnidaria, такие как медузы и морские анемоны ; Гребневик ; морские черви, включая филы Platyhelminthes , Nemertea , Annelida , Sipuncula , Echiura , Chaetognatha и Phoronida ; Моллюски, включая моллюсков , кальмаров , осьминогов ; Членистоногие, включая Chelicerata и Crustacea ; Porifera ; Мшанки ; Иглокожие, включая морские звезды; и Urochordata, включая морских брызг или оболочников . У беспозвоночных нет позвоночника. Существует более миллиона видов.

Грибы

В морской среде известно более 1500 видов грибов . Они паразитируют на морских водорослях или животных или являются сапробиями на водорослях, кораллах, цистах простейших, морских травах, древесине и других субстратах, а также могут быть обнаружены в морской пене . Споры многих видов имеют особые придатки, облегчающие прикрепление к субстрату. Морские грибы производят очень разнообразный спектр необычных вторичных метаболитов .

Позвоночные

Рыба

К 2016 году было описано 33 400 видов рыб , включая костлявых и хрящевых рыб , что больше, чем у всех других позвоночных вместе взятых. Около 60% видов рыб обитают в соленой воде.

Рептилии

Рептилии, населяющие или часто встречающиеся в море, включают морских черепах , морских змей , черепах , морских игуан и морских крокодилов . Большинство современных морских рептилий, за исключением некоторых морских змей, являются яйцекладущими, и им необходимо вернуться на сушу, чтобы отложить яйца. Таким образом, большинство видов, за исключением морских черепах, проводят большую часть своей жизни на суше или вблизи суши, а не в океане. Несмотря на свою морскую адаптацию, большинство морских змей предпочитают мелководье поблизости от суши, вокруг островов, особенно в водах, которые в некоторой степени защищены, а также возле устьев рек. Некоторые вымершие морские рептилии, такие как ихтиозавры , эволюционировали и стали живородящими, и им не требовалось возвращаться на сушу.

Птицы

Птиц, приспособившихся к жизни в морской среде , часто называют морскими птицами . Примеры включают альбатросов , пингвинов , олуш и белых птиц . Хотя они проводят большую часть своей жизни в океане, такие виды, как чайки, часто можно встретить за тысячи миль от суши.

Млекопитающие

Существует пять основных типов морских млекопитающих, а именно китообразные ( зубатые киты и усатые киты ); сирены, такие как ламантины ; ластоногие, включая тюленей и моржей ; каланы ; и белый медведь . Все они дышат воздухом, и хотя некоторые из них, например кашалот, могут нырять в течение длительного времени, все должны возвращаться на поверхность, чтобы дышать.

Подполя

Морская экосистема является большим, и , таким образом , есть много субполя морской биологии. Большинство из них включает изучение специализаций отдельных групп животных, таких как психология , зоология беспозвоночных и ихтиология . В других областях изучаются физические эффекты постоянного погружения в морскую воду и океан в целом, адаптацию к соленой среде и влияние изменения различных свойств океана на морскую жизнь. Подполе морской биологии изучает взаимосвязь между океанами и океанской жизнью, а также проблемы глобального потепления и окружающей среды (например, вытеснение двуокиси углерода ). Недавняя морская биотехнология в основном сосредоточена на морских биомолекулах , особенно белках , которые могут найти применение в медицине или технике. Морская среда является домом для многих экзотических биологических материалов, которые могут вдохновить на создание биомиметических материалов .

Связанные поля

Морская биология - это раздел биологии . Это тесно связано с океанографией и может рассматриваться как подраздел морской науки . Он также включает в себя многие идеи из экологии . Науку о рыболовстве и сохранение морской среды можно рассматривать как частичные ответвления морской биологии (а также исследований окружающей среды ). Морская химия, физическая океанография и атмосферные науки тесно связаны с этой областью.

Факторы распространения

Активной темой исследований в морской биологии является обнаружение и картирование жизненных циклов различных видов и мест, где они проводят время. Технологии, которые помогают в этом открытии, включают всплывающие спутниковые архивные метки , акустические метки и множество других регистраторов данных . Морские биологи изучают, как океанские течения , приливы и многие другие океанические факторы влияют на океанические формы жизни, включая их рост, распространение и благополучие. Это стало технически осуществимым лишь недавно, благодаря достижениям в области GPS и новым подводным визуальным устройствам.

Большинство обитателей океана размножаются в определенных местах, гнездятся или нет в других, молодь проводит время в третьих, а в зрелом возрасте - в третьих. Ученые мало знают о том, где многие виды проводят разные части своего жизненного цикла, особенно в младенческом и юношеском возрасте. Например, до сих пор практически неизвестно, куда попадают молодые морские черепахи и некоторые акулы первого года жизни . Последние достижения в области подводных устройств слежения проливают свет на то, что мы знаем о морских организмах, обитающих на больших глубинах океана. Информация, всплывающая на всплывающих спутниковых архивных метках, помогает в определенное время года при закрытии рыболовных промыслов и развитии морских охраняемых территорий . Эти данные важны как для ученых, так и для рыбаков, потому что они обнаруживают, что, ограничивая коммерческий промысел в одном небольшом районе, они могут оказать большое влияние на поддержание здоровой популяции рыб на гораздо большей территории.

История

Аристотель записано , что эмбрион из более акулы был прикреплен шнуром к виду плаценты (далее желточный мешок ).

Изучение морской биологии восходит к Аристотелю (384–322 до н.э.), который провел множество наблюдений за жизнью в море вокруг Лесбоса , заложив основу для многих будущих открытий. В 1768 году, Гмелины (1744-1774) опубликовали Historia Fucorum , первую работу , посвященную морскую водоросль и первую книгу по морской биологии , чтобы использовать новую биномиальную номенклатуру из Линнея . Он включал сложные иллюстрации морских водорослей и морских водорослей на сложенных листьях. Британский натуралист Эдвард Форбс (1815–1854) считается основоположником науки о морской биологии. Темпы исследований в области океанографии и морской биологии быстро ускорились в течение 19 века.

HMS  Challenger во время своей пионерской экспедиции 1872–1876 гг.

Наблюдения, сделанные в ходе первых исследований морской биологии, послужили толчком для последующей эры открытий и исследований. За это время было получено огромное количество знаний о жизни, существующей в Мировом океане. Многие путешествия внесли значительный вклад в это знание. Среди наиболее значительных были путешествия HMS  Beagle, где Чарльз Дарвин высказал свои теории эволюции и образования коралловых рифов . Еще одна важная экспедиция была предпринята HMS Challenger , в ходе которой были сделаны открытия неожиданно высокого видового разнообразия среди фауны, что побудило популяционных экологов много теоретизировать о том, как такое разнообразие жизни может поддерживаться в такой враждебной среде. Эта эпоха была важна для истории морской биологии, но естествоиспытатели все еще были ограничены в своих исследованиях, потому что им не хватало технологий, которые позволили бы им адекватно изучать виды, обитавшие в глубоких частях океанов.

Создание морских лабораторий было важно, поскольку позволяло морским биологам проводить исследования и обрабатывать образцы из экспедиций. Старейшая морская лаборатория в мире, Station biologique de Roscoff , была основана во Франции в 1872 году. В Соединенных Штатах Океанографический институт Скриппса ведет свою историю с 1903 года, а известный океанографический институт Вудс-Хоул был основан в 1930 году. Такие технологии, как звуковая навигация, снаряжение для подводного плавания, подводные аппараты и дистанционно управляемые аппараты, позволили морским биологам открывать и исследовать жизнь в глубоких океанах, которая когда-то считалась несуществующей.

Смотрите также

Списки

использованная литература

Дальнейшие ссылки

внешние ссылки