Морская биология – это научное исследование биологии морской жизни , организмов, населяющих море . Учитывая, что в биологии многие типы , семейства и роды имеют одни 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 представляет собой сложный трехмерный мир, [1] занимающий примерно 71% поверхности Земли. Среды обитания, изучаемые в морской биологии, 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 10 000 метров и более под поверхностью 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 территории под поверхностью океана до сих пор остаются практически неисследованными.
Морскую биологию можно противопоставить биологической океанографии . Морская жизнь – это область исследования как морской биологии, так и биологической океанографии . Биологическая океанография — это изучение 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 у 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 одной или несколькими впадающими в него 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 поднялась 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. Нам еще многое предстоит узнать о более глубоких частях океана . [22]
В биологии во многих типах, семействах и родах есть виды, обитающие в море, и другие, живущие на суше. Морская биология классифицирует виды на основе их окружающей среды, а не их 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 подводная жизнь 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 привычную форму. 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 или животные, у которых нет позвоночника, 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 .
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, а это означает, что, 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 также 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 в других, проводят время в молодом возрасте в третьих и 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 путешествуют молодые морские черепахи и некоторые акулы в первый год жизни. 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 всплывающих спутниковых архивных метках помогает в закрытии рыболовства в определенное время года и развитии морских охраняемых территорий . Эти данные важны как для ученых, так и для рыбаков, поскольку они обнаруживают, что, ограничивая коммерческое рыболовство на одной небольшой территории, они могут 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, послужили толчком к эпохе открытий и последующим исследованиям. 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] Другая 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 такой враждебной средой. [45] Эта эпоха имела важное значение 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 Хоул был основан в 1930 году. [47] Развитие таких технологий, как звуковая навигация и дальнометрия , 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] Общественный интерес к этой теме продолжал развиваться в послевоенные годы с публикацией морской трилогии Рэйчел Карсон (1941-1955).
{{cite book}}
: CS1 maint: location missing publisher (link){{cite book}}
: |work=
игнорируется ( помощь )CS1 maint: multiple names: authors list (link)