Морская биология – это научное исследование биологии морской жизни , морских организмов . Учитывая, что в биологии во многих типах , семействах и родах есть виды, обитающие в море, а другие — на суше, морская биология классифицирует виды на основе окружающей среды , а не на таксономии .
Большая часть всего живого на Земле обитает в океане. Точный размер этой большой части неизвестен, поскольку многие океанические виды еще предстоит открыть. Океан — сложный трехмерный мир [1] , занимающий примерно 71% поверхности Земли. Среды обитания, изучаемые морской биологией, включают в себя все: от крошечных слоев поверхностных вод, в которых организмы и абиотические объекты могут оказаться в ловушке поверхностного натяжения между океаном и атмосферой, до глубин океанических впадин , иногда на глубине 10 000 метров и более под поверхностью воды. океан. Конкретные места обитания включают устья рек , коралловые рифы , леса водорослей , луга с морской травой , окрестности подводных гор и термальных источников , приливные бассейны , илистое, песчаное и каменистое дно, а также зону открытого океана ( пелагическую зону), где твердые объекты встречаются редко, а 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, обеспечивающий пищу, лекарства и сырье, а также помогающий поддерживать отдых и туризм во всем мире. На фундаментальном уровне морская жизнь помогает определить саму природу нашей планеты. Морские организмы вносят значительный вклад в круговорот кислорода и участвуют в регулировании климата Земли . [2] Береговые линии частично сформированы и защищены морской жизнью, а некоторые морские организмы даже помогают создавать новые земли. [3]
Многие виды экономически важны для человека, включая рыбу и моллюсков. Также становится понятным, что благополучие морских организмов и других организмов фундаментально взаимосвязано. Человеческий объем знаний о взаимосвязи между жизнью в море и важными циклами быстро растет, и почти каждый день делаются новые открытия. Эти циклы включают в себя циклы материи (например, углеродный цикл ) и воздуха (например , дыхание Земли и движение энергии через экосистемы , включая океан). Большие площади под поверхностью океана до сих пор остаются практически неисследованными.
Морскую биологию можно противопоставить биологической океанографии . Морская жизнь — это область исследований как морской биологии, так и биологической океанографии. Биологическая океанография — это исследование того, как организмы влияют на физику , химию и геологию океанографической системы и находятся под ее влиянием . Биологическая океанография в основном фокусируется на микроорганизмах, обитающих в океане; глядя на то, как на них влияет окружающая среда и как это влияет на более крупных морских существ и их экосистему. [6] 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, тогда как морская биология изучает океан сверху вниз. Биологическая океанография в основном фокусируется на экосистеме океана с упором на планктон: его разнообразие (морфология, источники питания, подвижность и метаболизм); их продуктивность и ее роль в глобальном углеродном цикле; и их распространение (хищничество и жизненный цикл). [6] [7] [8] Биологическая океанография также исследует роль микробов в пищевых сетях и то, как люди влияют на экосистемы в океанах. [6] [9]
Морские среды обитания можно разделить на прибрежные и открытые океанские . Прибрежные местообитания встречаются на территории, простирающейся от береговой линии до края континентального шельфа . Большая часть морской жизни обитает в прибрежных средах обитания, хотя шельф занимает лишь семь процентов общей площади океана. Среда обитания в открытом океане находится в глубоком океане за краем континентального шельфа. Альтернативно морские среды обитания можно разделить на пелагические и демерсальные среды обитания. Пелагические среды обитания встречаются вблизи поверхности или в толще открытой воды , вдали от дна океана и подвергаются воздействию океанских течений , тогда как демерсальные среды обитания находятся вблизи или на дне. Морские среды обитания могут быть изменены их обитателями. Некоторые морские организмы, такие как кораллы, водоросли и морские травы, являются инженерами экосистем , которые изменяют морскую среду до такой степени, что создают дополнительную среду обитания для других организмов.
Приливные зоны , районы, расположенные близко к берегу, постоянно подвергаются воздействию океанских приливов и приливов . В этой зоне можно найти огромное количество жизни. Береговые среды обитания простираются от верхних приливных зон до районов, где наземная растительность занимает видное место. Он может находиться под водой где угодно – от ежедневного до очень редкого. Многие виды здесь являются падальщиками, живущими за счет морской жизни, выброшенной на берег. Многие наземные животные также активно используют прибрежные и приливные места обитания. Подгруппа организмов в этой среде обитания бурит и измельчает обнаженные породы в процессе биоэрозии .
Эстуарии также расположены недалеко от берега и подвержены влиянию приливов и отливов . Устьем называется частично замкнутый прибрежный водоем с впадающей в него одной или несколькими реками или ручьями и имеющий свободный выход в открытое море. [10] Эстуарии образуют переходную зону между пресноводной речной средой и морской морской средой. Они подвержены как морским воздействиям, таким как приливы, волны и приток соленой воды, так и речным воздействиям, таким как потоки пресной воды и наносов. Перемещающиеся потоки морской и пресной воды обеспечивают высокий уровень питательных веществ как в толще воды, так и в отложениях, что делает эстуарии одними из самых продуктивных природных мест обитания в мире. [11]
Рифы представляют собой одни из самых плотных и разнообразных мест обитания в мире. Самыми известными типами рифов являются тропические коралловые рифы , существующие в большинстве тропических вод; однако рифы могут существовать и в холодной воде. Рифы застроены кораллами и другими животными, откладывающими кальций , обычно на вершине скалистого обнажения на дне океана. Рифы могут расти и на других поверхностях, что позволило создать искусственные рифы . Коралловые рифы также поддерживают огромное сообщество жизни, включая сами кораллы, их симбиотические зооксантеллы , тропических рыб и многие другие организмы.
Большое внимание в морской биологии уделяется коралловым рифам и погодному явлению Эль-Ниньо . В 1998 году коралловые рифы пережили самое серьезное массовое обесцвечивание за всю историю, когда огромные пространства рифов по всему миру погибли из-за того, что температура поверхности моря выросла значительно выше нормы. [12] [13] Некоторые рифы восстанавливаются, но ученые говорят, что от 50% до 70% коралловых рифов в мире сейчас находятся под угрозой исчезновения, и прогнозируют, что глобальное потепление может усугубить эту тенденцию. [14] [15] [16] [17]
Открытый океан относительно непродуктивен из-за нехватки питательных веществ, однако, поскольку он настолько огромен, в целом он производит наибольшую первичную продуктивность. Открытый океан разделен на разные зоны, каждая из которых имеет разную экологию. [19] Зоны, которые различаются по глубине, включают эпипелагическую , мезопелагическую , батипелагическую , абиссопелагическую и гадопелагическую зоны. Зоны, которые различаются по количеству получаемого света, включают фотическую и афотическую зоны . Большая часть энергии афотической зоны поступает из открытого океана в виде детрита .
Самая глубокая зарегистрированная океаническая впадина, измеренная на сегодняшний день, — это Марианская впадина недалеко от Филиппин в Тихом океане на высоте 10 924 м (35 840 футов). На таких глубинах давление воды чрезвычайно велико, солнечного света нет, но жизнь все еще существует. Белую камбалу , креветку и медузу видел американский экипаж батискафа « Триест » , когда он нырнул на дно в 1960 году. [20] Вообще считается, что глубокое море начинается в афотической зоне , точке, где солнечный свет теряет способность переноситься через воду. [21] Многие формы жизни, обитающие на этих глубинах, обладают способностью создавать собственный свет, известный как биолюминесценция . Морская жизнь также процветает вокруг подводных гор , поднимающихся из глубин, где собираются рыбы и другие морские обитатели, чтобы нереститься и питаться. Гидротермальные жерла вдоль центров распространения срединно-океанических хребтов действуют как оазисы , как и их противоположности — холодные просачивания . В таких местах обитают уникальные биомы , и в этих местах было обнаружено множество новых микробов и других форм жизни. [22]
В биологии во многих типах, семействах и родах есть виды, обитающие в море, и виды, обитающие на суше. Морская биология классифицирует виды на основе окружающей среды, а не таксономии. По этой причине морская биология охватывает не только организмы, живущие только в морской среде, но и другие организмы, жизнь которых вращается вокруг моря.
Будучи обитателями крупнейшей окружающей среды на Земле, морские микробные системы вызывают изменения во всех глобальных системах. Микробы ответственны практически за весь фотосинтез , происходящий в океане, а также за круговорот углерода , азота , фосфора и других питательных веществ и микроэлементов. [23]
Микроскопическая жизнь под водой невероятно разнообразна и до сих пор плохо изучена. Например, роль вирусов в морских экосистемах практически не исследуется даже в начале XXI века. [24]
Роль фитопланктона лучше понята благодаря его решающему положению как наиболее многочисленных первичных производителей на Земле. Фитопланктон подразделяется на цианобактерии (также называемые сине-зелеными водорослями/бактериями), различные типы водорослей (красные, зеленые, бурые и желто-зеленые), диатомовые водоросли , динофлагелляты , эвгленоиды , кокколитофориды , криптомонады , хризофиты , хлорофиты , празинофиты и силикофлагелляты .
Зоопланктон, как правило, несколько крупнее, и не все из них микроскопические. Многие простейшие представляют собой зоопланктон, включая динофлагелляты, зоофлагелляты , фораминиферы и радиолярии . Некоторые из них (например, динофлагелляты) также являются фитопланктоном; Различие между растениями и животными часто нарушается у очень маленьких организмов. Другой зоопланктон включает книдарий , гребневиков , хетогнатов , моллюсков , членистоногих , урохордовых и кольчатых червей , таких как полихеты . Многие более крупные животные начинают свою жизнь как зоопланктон, прежде чем становятся достаточно большими, чтобы принять привычные формы. Двумя примерами являются личинки рыб и морские звезды (также называемые морскими звездами ).
Микроскопические водоросли и растения обеспечивают важную среду обитания для жизни, иногда выступая в качестве убежищ для личинок более крупных рыб и мест кормления для беспозвоночных.
Жизнь водорослей широко распространена и очень разнообразна под океаном. Микроскопические фотосинтезирующие водоросли обеспечивают большую долю мирового фотосинтетического продукта, чем все наземные леса вместе взятые. Большую часть ниши , занимаемой субрастениями на суше, на самом деле занимают макроскопические водоросли в океане, такие как саргассум и ламинария , которые широко известны как морские водоросли , образующие леса из ламинарии .
Растения, выживающие в море, часто встречаются на мелководье, например морские травы (примерами которых являются угри, зостера , и черепаховая трава, талассия ). Эти растения приспособились к высокой солености океанской среды. Приливная зона также является хорошим местом для обнаружения морской растительной жизни, где могут расти мангровые заросли , кордграсс или пляжная трава .
Как и на суше, беспозвоночные составляют огромную часть всей жизни в море. Морская жизнь беспозвоночных включает книдарий, таких как медузы и морские анемоны ; гребневик ; морские черви, включая типы Platyhelminthes , Nemertea , Annelida , Sipuncula , Echiura , Chaetognatha и Phoronida ; Моллюски, включая моллюсков , кальмаров , осьминогов ; Членистоногие , включая Chelicerata и Crustacea ; Порифера ; мшанки ; Иглокожие, включая морские звезды; и Urochordata , включая асцидий и оболочников . У беспозвоночных нет позвоночника. Существует более миллиона видов.
Из морской среды известно более 10 000 [25] видов грибов . [26] Они паразитируют на морских водорослях или животных или являются сапробами на водорослях, кораллах, цистах простейших, морских травах, древесине и других субстратах, а также могут быть обнаружены в морской пене . [27] Споры многих видов имеют специальные придатки, которые облегчают прикрепление к субстрату. [28] Морские грибы производят очень разнообразный спектр необычных вторичных метаболитов . [29]
К 2016 году было описано 33 400 видов рыб, включая костных и хрящевых рыб, [ 30 ] больше , чем всех других позвоночных животных вместе взятых. Около 60% видов рыб обитают в соленой воде. [31]
Рептилии , обитающие в море или часто посещающие его, включают морских черепах , морских змей , черепах , морских игуан и морских крокодилов . Большинство современных морских рептилий, за исключением некоторых морских змей, яйцекладущие , и им необходимо возвращаться на сушу, чтобы отложить яйца. Таким образом, большинство видов, за исключением морских черепах, проводят большую часть своей жизни на суше или вблизи нее, а не в океане. Несмотря на свою морскую адаптацию, большинство морских змей предпочитают мелководье вблизи суши, вокруг островов, особенно в несколько защищенных водах, а также вблизи эстуариев. [32] [33] Некоторые вымершие морские рептилии, такие как ихтиозавры , эволюционировали как живородящие и не имели необходимости возвращаться на сушу.
Птиц, приспособленных к жизни в морской среде, часто называют морскими птицами . Примеры включают альбатросов , пингвинов , олушей и гагарок . Хотя они проводят большую часть своей жизни в океане, такие виды, как чайки , часто можно встретить за тысячи миль вглубь суши.
Существует пять основных типов морских млекопитающих: китообразные ( зубатые киты и усатые киты ); сирены, такие как ламантины ; ластоногие , включая тюленей и моржей ; морские выдры ; и белый медведь . Все они дышат воздухом, и хотя некоторые из них, например кашалоты, могут нырять в течение длительного времени, всем приходится возвращаться на поверхность, чтобы дышать. [34] [35]
Морская экосистема обширна, поэтому существует множество разделов морской биологии. Большинство из них связаны с изучением специализаций определенных групп животных, таких как психология , зоология беспозвоночных и ихтиология . Другие подобласти изучают физические эффекты постоянного погружения в морскую воду и океан в целом, адаптацию к соленой среде и влияние изменения различных свойств океана на морскую жизнь. Подобласть морской биологии изучает взаимосвязь между океанами и океанской жизнью, а также глобальное потепление и проблемы окружающей среды (например, вытеснение углекислого газа ). Недавняя морская биотехнология в основном сосредоточилась на морских биомолекулах , особенно белках , которые могут найти применение в медицине или технике. Морская среда является домом для многих экзотических биологических материалов, которые могут стать источником создания биомиметических материалов .
Благодаря постоянному мониторингу океана были обнаружены морские обитатели, которые можно было бы использовать для создания лекарств от некоторых заболеваний, таких как рак и лейкемия. Кроме того, зиконотид, одобренный препарат для лечения боли, был создан из улитки, обитающей в океане. [36]
Морская биология — раздел биологии . Она тесно связана с океанографией , особенно с биологической океанографией , и может рассматриваться как раздел морской науки . Он также включает в себя множество идей из области экологии . Науку о рыболовстве и охране морской среды можно считать частичным ответвлением морской биологии (а также исследований окружающей среды ). Морская химия, физическая океанография и науки об атмосфере тесно связаны с этой областью.
Активной темой исследований в морской биологии является обнаружение и картирование жизненных циклов различных видов и того, где они проводят свое 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 формы жизни в океане, включая их рост, распространение и благополучие. Это стало технически осуществимо лишь недавно благодаря достижениям в области GPS и новейшим подводным визуальным устройствам. [37]
Большинство обитателей океана размножаются в определенных местах, гнездятся или нет в других, проводят время в молодом возрасте в третьих и в зрелом возрасте в третьих. Ученые мало знают о том, где многие виды проводят различные части своего жизненного цикла, особенно в младенческом и юношеском возрасте. Например, до сих пор практически неизвестно, куда перемещаются молодые морские черепахи и некоторые виды акул годовалого возраста . Последние достижения в области устройств подводного слежения проливают свет на то, что мы знаем о морских организмах, обитающих на больших глубинах океана. [38] Информация о том, что всплывающие спутниковые архивные метки помогают в определенное время года закрывать рыболовство и развивать морскую охраняемую территорию . Эти данные важны как для ученых, так и для рыбаков, поскольку они обнаруживают, что, ограничивая коммерческое рыболовство на одной небольшой территории, можно оказать большое влияние на поддержание здоровой популяции рыбы на гораздо большей территории.
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. [ 40] В 1768 году Самуэль Готлиб Гмелин (1744–1774) опубликовал Historia Fucorum , первую работу, посвященную морским водорослям , и первую книгу по морской биологии, в которой использовалась новая биномиальная номенклатура Линнея . Он включал в себя тщательно продуманные иллюстрации морских водорослей и морских водорослей на сложенных листьях. [41] [42] Британский натуралист Эдвард Форбс (1815–1854) обычно считается основателем науки морской биологии. [43] Темпы океанографических и морских биологических исследований быстро ускорились в течение 19 века.
Наблюдения, сделанные в ходе первых исследований морской биологии, способствовали последовавшей за этим эпохе открытий и исследований. За это время был получен огромный объем знаний о жизни, существующей в океанах мира. Многие путешествия внесли значительный вклад в этот массив знаний. Среди наиболее значительных были путешествия HMS Beagle , где Чарльз Дарвин выдвинул свои теории эволюции и образования коралловых рифов . [44] Еще одна важная экспедиция была предпринята HMS Challenger , где были сделаны выводы о неожиданно высоком видовом разнообразии фауны , что стимулировало популяционных экологов к множеству теоретизирований о том, как такие разновидности жизни могут поддерживаться в том, что считалось столь враждебной средой. [45] Эта эпоха была важна для истории морской биологии, но натуралисты по-прежнему были ограничены в своих исследованиях, поскольку им не хватало технологий, которые позволили бы им адекватно изучать виды, обитавшие в глубоких частях океанов.
Создание морских лабораторий имело важное значение, поскольку позволяло морским биологам проводить исследования и обрабатывать образцы, полученные в экспедициях. Старейшая морская лаборатория в мире, Биологическая станция Роскофф , была основана в Конкарно, Франция , и основана Французским колледжем в 1859 году . Океанографический институт Хоула был основан в 1930 году . [47] Развитие таких технологий, как звуковая навигация, снаряжение для подводного плавания, подводные аппараты и аппараты с дистанционным управлением, позволило морским биологам открывать и исследовать жизнь в глубоких океанах, которая когда-то считалась несуществующей. [48]
Экологический портал
Экологический портал
Портал наук о Земле
Портал морской жизни
Портал океанов
Водный портал
Портал подводного дайвинга{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
Материал был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0.{{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь )CS1 maint: multiple names: authors list (link)