Морская биология — это научное изучение биологии морской жизни , организмов, населяющих море . Учитывая, что в биологии многие типы , семейства и роды имеют некоторые виды, которые живут в море, и другие, которые живут на суше, морская биология классифицирует виды на основе окружающей среды, а не на таксономии .
Большая часть всей жизни на Земле обитает в океане. Точный размер этой «большой доли» неизвестен, поскольку многие виды океана еще предстоит открыть. Океан — сложный трехмерный мир, [1] покрывающий приблизительно 71% поверхности Земли. Места обитания, изучаемые в морской биологии, включают все: от крошечных слоев поверхностной воды, в которых организмы и абиотические элементы могут быть захвачены поверхностным натяжением между океаном и атмосферой, до глубин океанических впадин , иногда на 10 000 метров и более под поверхностью океана. Конкретные места обитания включают эстуарии , коралловые рифы , леса водорослей , луга морской травы , окрестности подводных гор и термальных источников , приливные бассейны , илистое, песчаное и каменистое дно и зону открытого океана ( пелагическую ), где твердые объекты редки, а поверхность воды является единственной видимой границей. Изучаемые 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 окружающей средой.
Морская жизнь — это огромный ресурс, обеспечивающий продовольствием, лекарствами и сырьем, а также помогающий поддерживать отдых и туризм по всему миру. На фундаментальном уровне морская жизнь помогает определять саму природу нашей планеты. Морские организмы вносят значительный вклад в кислородный цикл 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 как рыб, так и моллюсков. Также становится понятно, что благополучие морских организмов и других организмов связано фундаментальными способами. Человеческий объем знаний о связи между жизнью в море и важными циклами быстро растет, и новые открытия делаются почти каждый день. Эти циклы включают циклы материи (например, углеродный цикл ) и воздуха (например, дыхание Земли и движение энергии через экосистемы , включая океан). Большие площади под поверхностью океана все еще остаются фактически неисследованными.
Морскую биологию можно противопоставить биологической океанографии . Морская жизнь является областью изучения как в морской биологии, так и в биологической океанографии . Биологическая океанография - это изучение того, как организмы влияют и подвергаются влиянию физики , химии и геологии океанографической системы . Биологическая океанография в основном фокусируется на микроорганизмах в океане; рассматривая, как на них влияет их окружающая среда и как это влияет на более крупных морских существ и их экосистему. [6] Биологическая океанография похожа на морскую биологию, но она 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 упором на планктон : его разнообразие (морфология, источники питания, подвижность и метаболизм); его продуктивность и то, как она играет роль в глобальном углеродном цикле; и его распространение (хищничество и жизненный цикл). [6] [7] [8] Биологическая океанография также исследует роль микробов в пищевых цепях и то, как люди влияют на экосистемы океанов. [6] [9]
Морские местообитания можно разделить на прибрежные и открытые океанические . Прибрежные местообитания находятся в области, которая простирается от береговой линии до края континентального шельфа . Большая часть морской жизни находится в прибрежных местообитаниях, хотя площадь шельфа занимает всего семь процентов от общей площади океана. Открытые океанические местообитания находятся в глубоком океане за краем континентального шельфа. С другой стороны, морские местообитания можно разделить на пелагические и придонные . Пелагические местообитания находятся вблизи поверхности или в открытой толще воды , вдали от дна океана и подвержены влиянию океанических течений , в то время как придонные местообитания находятся вблизи или на дне. Морские местообитания 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 они создают дополнительную среду обитания для других организмов.
Приливно-отливные зоны , области, которые находятся близко к берегу, постоянно обнажаются и покрываются приливами океана . В этой зоне можно найти огромное множество жизни. Береговые местообитания простираются от верхних приливно-отливных зон до области, где преобладает наземная растительность. Она 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 береговые и приливно-отливные местообитания. Подгруппа организмов в этой среде обитания бурит и измельчает обнаженную породу в процессе биоэрозии .
Эстуарии также находятся вблизи берега и подвержены влиянию приливов . Эстуарий — это частично закрытый прибрежный водоем с одной или несколькими реками или ручьями, впадающими в него, и имеющий свободную связь с открытым морем. [10] Эстуарии образуют переходную зону между пресноводной речной средой и соленой 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 осадка. Смещающиеся потоки как морской, так и пресной воды обеспечивают высокий уровень питательных веществ как в толще воды, так и в осадке, что делает эстуарии одними из самых продуктивных естественных мест обитания в мире. [11]
Рифы включают в себя некоторые из самых плотных и разнообразных мест обитания в мире. Наиболее известными типами рифов являются тропические коралловые рифы , которые существуют в большинстве тропических вод; однако рифы могут существовать и в холодной воде. Рифы построены кораллами и другими животными, откладывающими кальций , обычно на вершине скалистого выступа на дне океана. Рифы также могут расти на других поверхностях, что сделало возможным создание искусственных рифов . Коралловые рифы также поддерживают огромное сообщество жизни, включая сами кораллы, их симбиотические зооксантеллы , тропические рыбы и многие другие организмы.
Большое внимание в морской биологии уделяется коралловым рифам и погодному явлению Эль-Ниньо . В 1998 году коралловые рифы пережили самые серьезные случаи массового обесцвечивания за всю историю наблюдений, когда огромные пространства рифов по всему миру погибли из-за того, что температура поверхности моря значительно поднялась выше нормы. [12] [13] Некоторые рифы восстанавливаются, но ученые говорят, что от 50% до 70% коралловых рифов мира сейчас находятся под угрозой исчезновения, и предсказывают, что глобальное потепление может усугубить эту тенденцию. [14] [15] [16] [17]
Открытый океан относительно непродуктивен из-за недостатка питательных веществ, однако, поскольку он настолько обширен, в целом он производит самую первичную продуктивность. Открытый океан разделен на различные зоны, и каждая из различных зон имеет различную экологию. [19] Зоны, которые различаются в зависимости от их глубины, включают эпипелагическую , мезопелагическую , батипелагическую , абиссопелагическую и хадопелагическую зоны. Зоны, которые различаются по количеству получаемого ими света, включают фотические и афотические зоны . Большая часть энергии афотической зоны поставляется открытым океаном в виде детрита .
Самая глубокая океаническая впадина , зарегистрированная на сегодняшний день, — Марианская впадина , недалеко от Филиппин , в Тихом океане, на глубине 10 924 м (35 840 футов). На таких глубинах давление воды экстремально, и нет солнечного света, но некоторая жизнь все еще существует. Белая камбала , креветка и медуза были замечены американским экипажем батискафа « Триест» , когда он погрузился на дно в 1960 году. [20] В целом считается, что глубокое море начинается в афотической зоне , точке, где солнечный свет теряет свою силу переноса через воду. [21] Многие формы жизни, которые живут на этих глубинах, обладают способностью создавать свой собственный свет, известный как биолюминесценция . Морская жизнь также процветает вокруг подводных гор , которые поднимаются из глубин, где рыбы и другие морские животные собираются для нереста и питания. Гидротермальные источники вдоль срединно-океанических хребтов спрединговых центров действуют как оазисы , как и их противоположности, холодные просачивания . Такие места поддерживают уникальные биомы , и в этих местах было обнаружено много новых микробов и других форм жизни. Еще многое предстоит узнать о более глубоких частях океана . [22]
В биологии многие типы, семейства и роды имеют некоторые виды, которые живут в море, и другие, которые живут на суше. Морская биология классифицирует виды на основе их среды обитания, а не таксономии. По этой причине морская биология охватывает не только организмы, которые живут только в морской среде, но и другие организмы, чья жизнь вращается вокруг моря.
Как обитатели самой большой среды на Земле, микробные морские системы приводят к изменениям в каждой глобальной системе. Микробы отвечают практически за весь фотосинтез , который происходит 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 едва ли изучается даже в начале 21 века. [24]
Роль фитопланктона лучше изучена благодаря его критической позиции 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 , эвгленоидеи , кокколитофориды , криптомонады , хризофиты , хлорофиты , празинофиты и силикофлагелляты .
Зоопланктон , как правило, несколько крупнее, и не все они микроскопичны. 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 мелких организмах. Другой зоопланктон включает книдарий , гребневиков , щетинкочелюстных , моллюсков , членистоногих , урохордовых 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 ).
Микроскопические водоросли и растения обеспечивают важную среду обитания для жизни, иногда выступая в качестве укрытий для личинок более крупных рыб и мест добычи пищи для беспозвоночных.
Водорослевая жизнь широко распространена и очень разнообразна под океаном. Микроскопические фотосинтетические водоросли вносят больший вклад в мировую фотосинтетическую продукцию, чем все наземные леса вместе взятые. Большая часть ниши, занимаемой субрастениями на суше, фактически занята макроскопическими водорослями в океане, такими как саргассум и ламинария , которые обычно известны как морские водоросли , создающие леса ламинарии .
Растения, выживающие в море, часто встречаются на мелководье, например, морские травы (примерами которых являются морская трава, Zostera , и черепаховая трава, Thalassia ). Эти растения приспособились к высокой солености морской среды. Приливно-отливная зона также является хорошим местом для поиска растительной жизни в море, 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. Беспозвоночные морские животные включают Cnidaria, таких как медузы и актинии ; Ctenophora ; морские черви , включая типы Platyhelminthes , Nemertea , Annelida , Sipuncula , Echiura , Chaetognatha и Phoronida ; Mollusca , включая моллюсков , кальмаров , осьминогов ; Arthropoda , включая Chelicerata и Crustacea ; Porifera ; Bryozoa ; Echinodermata , включая морских звезд ; и Urochordata , включая асцидий или оболочников .
Известно более 10 000 [25] видов грибов, обитающих в морской среде. [26] Они паразитируют на морских водорослях или животных или являются сапробионтами 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 вместе взятых. Около 60% видов рыб живут в соленой воде. [31]
Рептилии , которые обитают в море или часто посещают его, включают морских черепах , морских змей , водяных черепах , морских игуан и морских крокодилов . Большинство современных морских рептилий, за исключением некоторых морских змей, являются яйцекладущими и должны возвращаться на сушу, чтобы отложить яйца. Таким образом, большинство видов, за исключением морских черепах, проводят большую часть своей жизни на суше или около нее, а не в океане. Несмотря на свою адаптацию к морю, большинство морских змей предпочитают мелководье вблизи суши, вокруг островов, особенно воды, которые несколько защищены, а также вблизи эстуариев. [32] [33] Некоторые вымершие морские рептилии, такие как ихтиозавры , эволюционировали, чтобы стать живородящими и не нуждались в возвращении на сушу.
Птиц, приспособившихся к жизни в морской среде , часто называют морскими птицами . К примерам можно отнести альбатросов , пингвинов , олуш и чистиков . Хотя большую часть жизни они проводят в океане, такие виды, как чайки , часто можно встретить на расстоянии тысяч миль от берега.
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, что означает, что хотя некоторые из них, такие как кашалот, могут нырять в течение длительного времени, все они должны возвращаться на поверхность, чтобы дышать. [34] [35]
Морская экосистема велика, и поэтому существует множество подотраслей морской биологии. Большинство из них связаны со специализациями определенных групп животных, такими как альгология , зоология беспозвоночных и ихтиология . Другие подотрасли 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. Подотрасль морской биологии изучает отношения между океанами и океанической жизнью, а также глобальное потепление и экологические проблемы (такие как вытеснение углекислого газа ). Современная морская биотехнология в основном сосредоточена на морских биомолекулах , особенно белках , которые могут иметь применение в медицине или инженерии. Морская среда является домом для многих экзотических биологических материалов, которые могут вдохновить на создание биомиметических материалов .
Благодаря постоянному мониторингу океана были обнаружены морские организмы, которые можно использовать для создания лекарств от некоторых заболеваний, таких как рак и лейкемия. Кроме того, Зиконотид, одобренный препарат для лечения боли, был создан из улитки, которая обитает в океане. [36]
Морская биология — это раздел биологии . Она тесно связана с океанографией , особенно с биологической океанографией , и может рассматриваться как подотрасль морской науки . Она также охватывает многие идеи из экологии . Рыболовство и морская охрана могут считаться частичными ответвлениями морской биологии (а также экологических исследований ). Морская химия , физическая океанография и атмосферные науки также тесно связаны с этой областью.
Активная тема исследований в области морской биологии — обнаружение и картирование жизненных циклов различных видов и мест, 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 осуществимым только недавно с достижениями в области GPS и новых подводных визуальных устройств. [37]
Большинство океанских существ размножаются в определенных местах, гнездятся в других, проводят время в качестве молоди в третьих, а в зрелом возрасте — в третьих. Ученые мало знают о том, где многие виды проводят различные части своего жизненного цикла, особенно в младенчестве и юности. Например, до сих пор в значительной степени неизвестно, куда путешествуют молодые морские черепахи и некоторые акулы в первый год своей жизни. Последние достижения в области подводных устройств слежения проливают свет на то, что мы знаем о морских организмах, которые живут на больших глубинах океана. [38] Информация, которую предоставляют всплывающие спутниковые архивные метки, 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 коммерческий промысел в одном небольшом районе, они могут оказать большое влияние на поддержание здоровой популяции рыб в гораздо большей области.
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 . Она включала в себя подробные иллюстрации морских водорослей и морских водорослей на складчатых листьях. [41] [42] Британский натуралист Эдвард Форбс (1815–1854) обычно считается основателем науки морской биологии. [43] Темпы исследований океанографии и морской биологии быстро ускорились в течение 19-го века.
Наблюдения, сделанные в первых исследованиях морской биологии, подпитывали эпоху Великих географических открытий и последовавших за ней исследований. За это время было получено огромное количество знаний о жизни, существующей в океанах мира. Многие путешествия внесли значительный вклад в этот фонд знаний. Среди наиболее значимых 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 среди фауны, что стимулировало множество теорий популяционных экологов 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 все еще были ограничены в своих исследованиях, поскольку им не хватало технологий, которые позволили бы им адекватно изучать виды, обитающие в глубоких частях океанов.
Создание морских лабораторий было важно, поскольку это позволило морским биологам проводить исследования и обрабатывать образцы из экспедиций. Старейшая морская лаборатория в мире, Station biologique de Roscoff , была основана в Конкарно, Франция, Колледжем Франции в 1859 году . [46] В Соединенных Штатах Институт океанографии Скриппса ведет свою историю с 1903 года, в то время как известный Океанографический институт Вудс-Хоул был основан в 1930 году. [47] Развитие технологий, таких как звуковая навигация и дальномер , снаряжение для подводного плавания , подводные аппараты и дистанционно управляемые аппараты, позволило морским биологам открывать и исследовать жизнь в глубоких океанах, которые когда-то считались несуществующими. [48] Общественный интерес к этой теме продолжал развиваться в послевоенные годы с публикацией морской трилогии Рейчел Карсон (1941-1955).
Портал окружающей среды
Экологический портал
Портал наук о Земле
Портал морской жизни
Портал Океанов
Водный портал
Портал подводного плавания{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.{{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь )CS1 maint: multiple names: authors list (link)