Распределение жизни в океане: Жизнь в океане, распространение в природе (7 класс, география)

Распределение жизни в океане — Гидросфера — Географическая оболочка — Каталог статей

---

Распределение жизни в океане

Глубина Название зоны Описание 0-200 Эпипелагиаль «Зона солнечного света» Света много — в растениях проходит процесс фотосинтеза. Здесь сосредоточено большое количество морских организмов. Фитопланктон, стаи мелких рыб (сельдь, тунец), акулы, скаты, млекопитающие: тюлени, дельфины, киты. 200-1000 Мезопелагиаль «зона сумерек» Не достаточно света для поддержания жизни растений. Многие рыбы живущие в этой зоне имеют бактерии вырабатывающие свет. 1000-3000 Батипелагиаль «зона темноты» Масса холодных медленно движущихся вод. Количество организмов обитающих здесь в 10 раз меньше чем в мезопелагиали. Разнообразие тоже резко падает. 3000 и глубже Абиссаль Придонный слой океана, где ледяная вода и мрак. Обитают мешкоротообразные рыбы с мощными челюстями и биолюминесцентным органом на конце хвоста. Пища поступает из вышележащих слоём. Возле гидротермальных выходов обитают моллюски и гигантские многощетинковые черви, питающиеся за счёт внутренних бактерий и сероводорода, поступающего из чёрных курильщиков.

Категория: Гидросфера

Просмотров: 3458 | Теги: гидросфера, Таблица | Рейтинг: 4. 0/1

Жизнь в океане

В океанической воде содержатся вещества, необходимые для жизни. Живые существа встречаются в океане на любой глубине. Они существуют даже на дне Марианского желоба — самой глубокой точки Мирового океана — на глубине 11 ООО метров, даже там, где из глубин Земли через разломы поступает горячая магма, даже там, где высокие температуры и огромное давление. Можно смело утверждать, что жизнь в океане всепроникающая.

Жизнь в океане необычайно разнообразна, так как ее условия от полюсов к экватору, от поверхности водных масс до глубинных очень различны. По разнообразию видов растений и животных океан сравним с сушей. Океан все еще полон тайн и сейчас. При исследовании морских глубин находят организмы, неизвестные науке.

По мнению большинства ученых, океан — колыбель жизни на Земле, так как все живое на нашей планете вышло из океана. Развитие жизни в нем привело к изменению свойств водных масс (солености, содержания газов и др.). Так, например, появление в океане зеленых растений привело к тому, что увеличилось содержание кислорода в воде. Из воды кислород выделялся в атмосферу, изменив ее состав при этом. Появление кислорода в атмосфере привело к возможности заселения суши организмами — выходцами из океанов.

Всех жителей Мирового океана по условиям их обитания можно объединить в 3 группы:

• организмы, живущие на поверхности океана и в толще воды и не обладающие активными средствами передвижения;
• организмы, активно перемещающиеся в толще воды;
• организмы, обитающие на дне.

Анализ живых организмов и мест их обитания позволяет утверждать, что океан населен организмами неравномерно. Особенно плотно населены прибрежные районы с глубинами до 200 метров, хорошо освещаемые и прогреваемые солнечными лучами. На материковой отмели можно увидеть леса и луга из водорослей — пастбища для рыб и других обитателей океана. Вдали от берегов крупные водоросли встречаются редко, так как солнечные лучи с трудом проникают сквозь толщу воды.

Здесь царствует планктон (греч. planktos — блуждающий). Это растения и животные, не способные противостоять течениям, переносящим их на значительные расстояния. Большинство этих организмов очень малы, многие из них видны только под микроскопом. Различают фитопланктон и зоопланктон. Фитопланктон — это различные водоросли, развитые в верхнем, освещенном слое воды. Зоопланктон населяет всю толщу воды: это мелкие рачки, многочисленные простейшие (одноклеточные животные, имеющие микроскопические размеры). Планктон — основная пища большинства обитателей океана. Естественно, что районы, богатые им, богаты и рыбой. Здесь же могут обитать и усатые киты, в питании которых планктон занимает основное место.

На дне моря или океана обитает бентос (греч. benthos — глубокий). Это совокупность растительных и животных организмов, обитающих на грунте или в грунте морского дна. К бентосу относятся бурые и красные водоросли, моллюски, ракообразные и другие. Важное промысловое значение имеют среди них креветки, устрицы, морские гребешки, омары, крабы. Бентос — прекрасная пищевая база для моржей, каланов и некоторых видов рыб.

Глубины океана населены мало, но они не безжизненны. Растений там, конечно, уже нет, но в полнейшей тьме, под большим давлением, в холодной воде плавают удивительные рыбы: они имеют огромные зубастые пасти, светящиеся туловища, «фонари» на голове. Одни из них слепые, другие могут слабо видеть в темноте. Питаются они остатками организмов, падающих сверху, или поедают друг друга. В толще воды обитает множество бактерий, которые проживают и в самых глубоких водных массах. Благодаря их деятельности отмершие организмы разлагаются, и освобождаются необходимые для питания живых существ элементы.

В океане повсеместно обитают активно перемещающиеся организмы. Это разнообразные рыбы, морские млекопитающие (дельфины, киты, тюлени, моржи), морские змеи, кальмары, черепахи и другие.

Жизнь в океане размещается неравномерно не только в глубину, но и в зависимости от географической широты. Полярные воды из-за низких температур и долгой полярной ночи бедны планктоном. Больше всего его развивается в водах умеренного пояса обоих полушарий. Здесь течения, сильные ветра способствуют перемешиванию водных масс и поднятию глубинных вод, обогащению их питательными веществами и кислородом. Из-за сильного развития планктона развиваются и различные виды рыб, поэтому умеренные широты — самые рыбные районы океана. В тропических широтах количество живых организмов уменьшается, так как эти воды сильно прогреты, сильно солены и плохо перемешаны с глубинными водными массами. В экваториальных широтах число организмов опять увеличивается.Океан издавна является кормильцем человека. В нем ведется промысел рыб, беспозвоночных, млекопитающих, в нем собирают водоросли, добывают минеральные богатства, выделяют вещества, являющиеся сырьем для лекарственных препаратов. Океан так богат, что людям казался неисчерпаемым. Целые флотилии судов разных государств отправлялись на промысел рыб и китов. Самые крупные киты — синие. Их масса достигает 150 тонн. В результате хищнического промысла этого животного синие киты оказались под угрозой истребления. В 1987 году Советский Союз прекратил китобойный промысел. Заметно сократилось и количество рыб в океане.

Проблемы Мирового океана — это забота не какого-либо одного государства, а всего мира, и решить их в рамках одного государства нельзя. От того, насколько разумно человечество решит их, зависит его будущее.

Жизнь в океане и на суше

Вы уже знаете, что живое вещество в биосфере распределено неравномерно. Его распространение подчиняется определённым закономерностям.

Распространение живых организмов в океане

В Мировом океане разнообразие условий жизни изменяется в зависимости от географической широты и глубины. Это определяет неравномерность расселения живых организмов. Число видов организмов уменьшается от экватора к полюсам, а их масса, наоборот, возрастает. В поверхностных водах океана, где много света и кислорода, обитает больше организмов, чем на глубине.

Водные организмы делятся на нектон, бентос и планктон. Нектон (от греческого слова nektos — плавающий) — животные, которые активно плавают в водной толще (рыбы, криль). Бентос (от греческого слова benthos — глубина) — организмы, обитающие на дне морей и океанов (губки, кораллы). Планктон (от греческого слова planktos — блуждающий) — мелкие организмы, населяющие верхнюю часть водной толщи и двигающиеся с током воды. Это микроскопические водоросли, рачки, мальки рыб. Планктонных животных называют зоопланктоном, растения — фитопланктоном. В общей массе живых организмов Океана планктон составляет 70%. Он служит основной пищей для многих морских животных.

Распространение живых организмов на суше

На равнинах число видов животных и растений возрастает от полюсов к экватору. Исключение составляют тропические пустыни с небольшим разнообразием живых организмов и массой живого вещества. В зависимости от географической широты изменяется и состав органического мира. Вдоль экватора распространены влажные экваториальные леса — области с самой большой массой живого вещества. Вокруг полюсов сформировались ледяные пустыни — области с минимальной массой живого вещества.

Природные условия, влияющие па органический мир суши, изменяются также по направлению от океанических побережий в глубь материков. Например, с Атлантического океана в Евразию приходит влажный морской воздух, поэтому в Европе растут широколиственные леса. На той же широте при удалении от океана и уменьшении осадков леса сменяются степями и даже пустынями.

Смену природных условий на равнинах нарушают горы. С высотой становится холоднее, поэтому от подножия гор к вершинам изменяется состав растительности и животного мира. Количество сообществ живых организмов в горах зависит от географического положения гор, их высоты и расположения склонов но отношению к сторонам горизонта. Наибольшим разнообразием видов растений и животных, сменяющих друг друга, отличаются высокие горы тропических широт.

Развитие жизни в океане / Биосфера и распределение основных факторов / Моря СССР

Океаническая среда гораздо более способствовала возникновению разнообразия животного населения, чем воздушная. На это указывает прежде всего более богатое многообразие животных форм в море, по сравнению с сушей и пресными водами. При этом многие наиболее древние группы представляют собой обитателей моря. Затем весьма важно отметить, что все те группы организмов, которые имеют большое филогенетическое значение, обитают только в море (кишечнополостные, в частности ктенофоры; кольчецы; низшие хордовые; бесчерепные). Не менее доказательны и те чрезвычайно благоприятные для развития жизни условия существования в море, о которых мы уже говорили выше.

В качестве другого доказательства происхождения воздушной и пресноводной фаун от морской указывают на солевой состав плазмы и крови наземных и пресноводных животных, представляющий собой как бы наследие морского обитания предков.

В наших представлениях об истории развития жизни на Земле, в частности и в морских водоёмах, имеется ещё очень много неясного. Палеонтологическая летопись даёт основание считать, что уже в докембрийское время в океане существовали все основные типы животных, известные и ныне. Мы и сейчас ещё не знаем, всегда ли океаны были солёными и какова была солёность Кембрийского океана, если он осолонялся постепенно. Нам почти неизвестно, как развивались в целом явления жизни в биосфере в прежние геологические эпохи и какие формы они принимали, как изменялось общее количество организмов в биосфере, как усложнялась система взаимоотношений между основными биологическими группами её населения и как создавалась та система циклических процессов в биосфере, которую мы знаем ныне.

Есть одна замечательная летопись, в которой записана вся история Мирового океана со всеми совершавшимися в нём событиями. Люди теперь только приступили к её чтению. Эта летопись — морские отложения.

Грунты Мирового океана, имеющие многокилометровую толщу, хранят в себе следы событий, совершающихся в океане. Когда-нибудь человек опустится на дне океана, пробурит всю толщу донных отложений, накоплявшихся миллиарды лет, и сможет сказать, сколько времени существует этот океан, как сменялись в нём флора и фауна, как изменялась его солёность, какие события в нём развёртывались.

Для взятия проб грунта в настоящее время пользуются особыми грунтовыми трубками, в технике изготовления которых за последний десяток лет наблюдается чрезвычайно быстрый прогресс. Грунтовые трубки были введены в практику океанографических работ несколько десятков лет назад. Трубку опускают за борт на тонком тросике, причём дают ей возможность свободно падать. Трубка устремляется вниз, вонзается в грунт, и в неё входит колонка грунта в несколько сантиметров в диаметре и в несколько десятков сантиметров в длину. Применением очень длинных и тяжёлых трубок удалось у нас на Чёрном море получить колонки в 3 м длиной, а на Дальнем Востоке даже до 8 метров. Однако это уже предел. Простой трубкой очень длинных колонок получить нельзя. Примерно 20 лет назад американцами была сконструирована особая трубка-пушка, называемая трубкой Пиггота.

В целом весь аппарат представляет собой настоящее артиллерийское орудие, опускаемое в море дулом вниз, а к снаряду прикреплена длинная трубка с отверстием на конце. Когда опускаемая с корабля трубка вонзается в грунт, в действие автоматически приводится спускной механизм и орудие выстреливает трубкой вниз, загоняя её глубоко в грунт. Трубкой Пиггота удалось получить в Атлантическом океане колонки грунта в 3 м длиной. За какой же срок отлагается в центральных частях океана толща грунта такой мощности? Соответственные наблюдения показывают, что в средних частях океана, далеко отстоящих от побережий, в среднем 1 см глобигеринового ила откладывается за 1 000 лет, а на красной глине за тот же срок откладывается всего несколько миллиметров осадков. Для образования 3 м донных отложений требуется 300 000 лет, и по такой колонке можно многое прочитать, на ней имеются следы нескольких ледниковых и межледниковых эпох. Совсем недавно советские исследователи океана сконструировали новые типы трубок для взятия длинных колонок грунта.

При помощи этих так называемых гидростатической и поршневой трубок удалось получить колонки грунта длиной до 34 м на глубине нескольких километров. Если брать приведённый выше расчёт, то такой слой донных отложений соответствует 3,4 миллионам лет, т. е. даёт возможность проникнуть вглубь третичного времени.

Кроме того, применением особых сейсмических приёмов с использованием эхолотов можно получить не только глубину верхнего слоя грунта под поверхностью моря, но и глубину его нижнего слоя, т. е. коренной породы, на которой залегает вся толща морских отложений. Так, в западной части Средиземного моря толща донных отложений составляет без малого 3 км; в средних частях Тихого океана донные отложения должны иметь мощность не менее 6–8 км. Овладение техникой бурения морского дна — дело времени. Пока же нам приходится пользоваться для восстановления истории Мирового океана и его фауны только догадками и ещё очень скудными фактами.

Прежде всего можно отметить, что животные и растения океана развивались по-разному. В то время как почти все высокоорганизованные животные, видимо, уже существовали в археозое, развитие растительных форм, ныне обильно населяющих океан, шло значительно позднее.

Наиболее древними группами морских растений являются примитивные сине-зелёные водоросли, известные с докембрия. Зелёные и красные водоросли возникли в кембрии, бурые — в силуре, а из этих последних столь обильные в море фукусовые и хордацеи известны только с триаса. Диатомовые и перидинеевые одноклеточные водоросли — кормовая основа всего животного населения современного океана, его первопища, — появились только с юрского периода (т. е. с середины мезозоя). Важнейшие ныне прибрежные макрофиты ламинариевые известны с палеогена, а десмаресции только с неогена.

Если верны эти данные, то как можно представить себе круговорот веществ в море без основных продуцентов современного океана — диатомовых, перидинеевых, ламинарий и фукусовых? Кто в палеозойском море выполнял роль основных продуцентов?

Нашему палеонтологу Л.  Давиташвили принадлежит интересная попытка проникнуть мысленным взором в историю развития растительного покрова биосферы, используя те немногие данные, которыми располагает геология. Давиташвили приходит к выводу, что древнейшие гетеротрофные организмы, разрушавшие накоплявшееся на дне морских бассейнов органическое вещество, действовали в этом направлении в общем несравненно медленнее и слабее, чем организмы соответствующих групп, живущие в настоящее время. Поэтому при малом количестве гетеротрофных организмов на дне древних морей могло совершаться гораздо интенсивнее накопление органических веществ. В настоящее время в морях и океанах с нормальным режимом использование гетеротрофными организмами растительного органического вещества идёт гораздо полнее, а накопление его в донных отложениях совершается лишь в слабой степени.

На суше сравнительно молодая гетеротрофная часть населения (насекомые с каменноугольной эпохи, млекопитающие с триаса, птицы с юры), возможно, ещё не выработала достаточно напряжённой системы использования растительной массы, и поэтому громадные массы зелёного вещества растений остаются на суше неиспользованными и легко образуют мощные накопления растительных остатков.

Если принять, что до конца докембрия жизнь в океане была сосредоточена в основном в мелководной хорошо прогреваемой зоне тёплых морей, то отсюда жизнь распространилась и в другие зоны океана и на сушу. В докембрии поверхность материков ещё не была заселена растительностью. Первая из известных наземных флор — псилофитовая, как полагает Давиташвили, характерная для нижнего и среднего девона, но появившаяся, по всем признакам, не позже верхнего силура, была флорой «земноводной», связанной в своём распространении с полосой низменной суши, непосредственно прилегавшей к водоёмам и образовывавшей массу зелёной растительности в десятки тысяч раз, а может быть в сотни тысяч раз меньше массы нынешней наземной флоры.

Растительность каменноугольного периода заселяла также небольшую часть суши в низменных болотистых местностях, чаще всего примыкавших к морям. Гетеротрофное население суши в то время было ещё биологически слабо и проходило только первые этапы своего развития. В дальнейшем наземная флора распространялась всё более вглубь материков, а гетеротрофное население приобретало всё большее значение в круговороте органического вещества, хотя ещё и в настоящее время далеко не достигло возможного предела. Современное распространение основных групп населения биосферы и количественные соотношения в участии их в основных биологических процессах есть только последний этап сложного эволюционного процесса от простых мало дифференцированных систем соотношений к сложным и весьма дифференцированным. Последние столетия мощной силой, преобразующей природу, является человек, и мера дальнейшего его воздействия на природу кажется неограниченной.

Жизнь в океане — география океана и его роль в жизни Земли

Мировой океан – часть гидросферы Земли, покрывающая 71% поверхности планеты. Многие ученые представляют его в образе колыбели жизни, именно оттуда появились первые живые организмы, позже заселившие сушу.

Развиваясь и увеличиваясь в количестве, органические формы со временем сами стали влиять на состав воды и другие характеристики. В рамках данной статьи лишь поверхностно затронуты базисные факты, однако, при изучении темы жизни океана в школьной программе 7 класса по географии, материал может стать отличным дополнением.

Краткая характеристика мирового океана: виды, названия, глубины

Площадь территории, покрытой океаническими водами 510 млн. кв. км. Протяженность береговой линии – 504 тыс. км.

Принято выделять четыре отдельных океана: Тихий (самый крупный по площади), Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый (меньший по площади).

Часть исследователей описывает Южный океан, окружающий Антарктиду, как отличающийся по ряду признаков, хотя четких границ провести не удалось. Атлантическим океаном связаны Южный и Северный Ледовитый.

Средняя глубина – 3,7 км, минимальные по глубине места находятся вдоль береговой линии, а глубочайшим местом считается Марианская впадина (желоб) в западной части Тихого океана (наибольшая глубина — 11 км). География дна имеет те же формы, что и на суше – равнины, горы, впадины. В любом из этих мест можно обнаружить живые организмы.

История формирования и заселения

Со времен возникновения первого живого организма в океане прошло 3,7 миллиарда лет. Возникла ли жизнь путём самоорганизации органических молекул или была занесена из космоса – учёные спорят много лет. Возможно, сначала это были хемосинтезирующие клетки, добывающие энергию из реакций окисления неорганических веществ.

Вторым шагом стало появление фотосинтеза – процесса образования органических веществ с использованием солнечной энергии. Растительный организм был способен на фотосинтез. Это изменило состав атмосферы планеты, в ней стал накапливаться кислород. Достаточный уровень кислорода способствовал развитию животных форм жизни, которые использовали его в своём метаболизме в процессе дыхания.

Распространение жизни в океане

Жизнь в водной стихии распространена неравномерно. Чем больше глубина, тем менее комфортными становятся условия для её обитателей: недостаточно солнечных лучей, кислорода, тепла.

Самых ярких представителей этих непохожих по условиям мест обитания можно разделить на три группы. Некоторые, такие как аммониты, известны человечеству с древних времен и про них сложены легенды. Другие были открыты учеными недавно с применением глубоководных аппаратов.

Примеры обитателей на поверхности воды

• Арктическая цианея – самая большая медуза с куполом до 2 метров, а длина щупалец может достигать 20-36 метров.
• Морские водоросли образуют настоящие подводные джунгли. Более половины массы водных растений произрастают в Тихом океане. Сосредоточено такое богатство в тропической и субтропической зонах океана.
• Рыбы – только класс костных рыб насчитывается более 25 тысяч видов, они проживают во всех толщах воды.
• Кораллы. На самом деле это животные, живущие группами, имеющие известковый скелет. На основе остатков их организмов могут образовываться коралловые острова.

Примеры жителей толщи океана

• Киты. Синий кит – крупнейшее животное из всех живущих на планете. Известны экземпляры до 33 метров длиной и 150 тонн весом.
• Рыбы. Класс Акулы, количество известных видов достигает 450.
• Моллюски – крабы, устрицы, гребешки.

Примеры организмов, населяющие океаническое дно

• Гигантский кальмар – достигает длины до 18 метров, вес его около тонны. В средние века моряки звали его кракеном.
• Удильщик – глубоководный хищник, приманивающий жертву в темноте светящимися отростками на голове, похожими на фонарики.
• Японский краб-паук – настоящий долгожитель, срок жизни достигает 100 лет. Для членистоногих имеет внушительные размеры – тело 45 см при размахе первой пары конечностей 3 метра.

Какие части океана особенно богаты жизнью

Причины неравномерного распределения жизненных форм кроются в отличающихся условиях. На организмы могут влиять факторы:

1. Освещенность;
2. Насыщенность воды кислородом;
3. Давление воды;
4. Температура;
5. Волны и течения;
6. Соленость воды.

Самая благоприятная для жизни часть океана – верхние слои глубиной до 200 метров. Достаточная освещенность делает возможным процесс фотосинтеза у водорослей и фитопланктона. Флора Индийского океана занимает первое место по многообразию видов. Жизнь в Тихом океане имеет самые подходящие условия для водных растений. Они – главное звено пищевой цепи.

Фотосинтезирующие организмы дают кислород для дыхания и служат пищей животному миру мирового океана. Именно по этой причине в верхних слоях наиболее выражено разнообразие морских организмов и плотно заселены территории.

На глубине от 200 до 1000 метров простирается «сумеречная» зона. Свет недостаточен для жизни фотосинтезирующих растений, они тут отсутствуют. Рыбы и киты появляются для охоты. Живущие в этой зоне обитатели имеют светящиеся органы для приманивания добычи и мелкие размеры.

Если спуститься до отметки 4000 метров в глубину, можно оказаться в «полуночной» зоне. Свет не проникает в такие места. Огромное давление вынуждает животных двигаться медленно, а недостаток добычи — иметь огромную пасть для успешного сбора любой органики, какую удаётся найти. Глаза отсутствуют за ненадобностью. Жабры мощные – для извлечения кислорода из воды.

Экологические проблемы океана

Как и во многих уголках планеты, человеческая деятельность не прошла бесследно для экосистем водной среды. Исчезают морские виды животных, загрязняются места их обитания, нарушаются пищевые цепи.

Тема экологического океанского благополучия каждый день влияет на жизнь современного человека любого портового города. Море даёт жителям побережья работу, еду, развитие экономики.

• Окисление океанических вод. Сжигая органическое топливо, человечество выбрасывало в атмосферу тонны углекислого газа, он растворялся в океане, превращаясь в углекислоту.
• Повышение кислотности воды приводит к затруднениям образования раковин у моллюсков и нарушает функции репродукции у многих организмов.
• Излишний вылов рыбных ресурсов не позволяет восстанавливать их численность. Население планеты растёт, масштабы ловли рыбы тоже увеличиваются.
• Мусорное и нефтяное загрязнение. Несвойственные природе вещества, особенно наличие пластика в океане, каждый день отравляют морских обитателей, служат ловушкой, пачкают покровы животных.
• Уничтожение мест обитания особенно заметно на берегах. С ростом населения пляжи появляются там, где раньше гнездились морские птицы или откладывали яйца черепахи.
• Шумовое загрязнение, происходящее от работающего в море транспорта.

Животный мир мирового океана не изучен до конца, его исследование продолжается и сегодня. Успеет ли человечество исследовать все загадки или они исчезнут раньше по причине губительной деятельности цивилизации, зависит от принятых мер по охране водной среды обитания.

Интересные факты мирового океана

Трудно найти себе пару в глубинах океана, поэтому самец удильщика, встретив самку, превращается в паразита. Он срастается с ней, питаясь из кровеносной системы своей подруги, выполняя функцию оплодотворения по мере необходимости.

• Некоторые крабы подсаживают на свой панцирь анемону, похожую на экзотический цветок. Носят её на себе с целью защиты и маскировки. Пассажирка способна жалить своими щупальцами всех, кто оказался поблизости.
• У живородящей тигровой акулы самый крупный зародыш поедает эмбрионы собратьев, находясь в утробе матери. В итоге на свет рождается один или два детёныша.
• Если протереть сквозь сито морскую губку, выжившие клетки вновь сгруппируются в новый организм, а может даже в два. Поразительная жизнеспособность!
• Морской огурец не выглядит опасным, и находится много желающих его съесть. Спасаясь от хищников, голотурия выбрасывает через анальное отверстие навстречу врагу свои внутренности. Это сбивает с толку преследователя, а голотурия отращивает утраченные органы заново.
• Семейство «Летучие рыбы» объединяет представителей, выпрыгивающих из воды и способных пролетать над её поверхностью. Делают они это в погоне за насекомыми, или спасаясь от врагов. Лучшие летуны проводят в воздухе до одной минуты и преодолевают расстояние до 400 метров.
• Самые термоустойчивые животные найдены в горячих источниках на большой глубине. Обычно при температуре 50 и более градусов по Цельсию выживают бактерии. Многоклеточным организмам такая среда опасна. Лишь некоторые виды червей смогли приспособиться к таким экстремальным условиям, чтобы питаться бактериями, обитающими в горячих источниках.

«Жизнь в Мировом океане.

Распределение живых организмов в океане. | Учебно-методическое пособие:

ООО Учебный центр

«ПРОФЕССИОНАЛ»

Реферат по дисциплине:

«Физическая география материков и океанов и методика обучения и ИКТ»

 По теме:

«Жизнь в Мировом океане. Распределение живых организмов в океане»

 Исполнитель

Бежнарёва Ирина Александровна

Свободный  2018год

Содержание                                                                                                с.2

Введение                                                                                                     с.3-4

2. Растительный и животный мир Мирового океана                              с.7-10

3. Биологические богатства Мирового океана                                        с.10

Заключение                                                                                                 с.11

Список используемых источников                                                           с.12

Введение

Несмотря на то, что человечество — вот уже на протяжении многих тысячелетий уделяет Мировому океану самое пристальное внимание, многие тайны океана остаются неразгаданными. Считается, что на сегодняшний день он изучен лишь на десять процентов. Не удивительно, что о нем рассказывают самые невероятные истории и мифы, а сказания о легендарной Атлантиде на дне океана до сих пор будоражат умы. Нашу планету вполне можно было бы назвать Океанией, так как площадь, занимаемая водой, в 2,5 раза превышает территорию суши. Океанические воды покрывают почти 3/4 поверхности земного шара слоем толщиной около 4000 м, составляя 97 % гидросферы, тогда как воды суши содержат всего лишь 1 %, а в ледниках сковано только 2 %. Мировой океан, являясь совокупностью всех морей и океанов Земли, оказывает огромное влияние на жизнедеятельность планеты.

Огромная масса вод океана формирует климат планеты, служит источником атмосферных осадков. Из него поступает более половины кислорода, и он же регулирует содержание углекислоты в атмосфере, так как способен поглощать ее избыток. На дне Мирового океана происходит накопление и преобразование огромной массы минеральных и органических веществ, поэтому геологические и геохимические процессы, протекающие в океанах и морях, оказывают очень сильное влияние на всю земную кору. Именно Океан стал колыбелью жизни на Земле; сейчас в нём обитает около четырёх пятых всех живых существ  планеты.

Мировым океаном называют непрерывную, но не сплошную водную оболочку планеты, в состав которой входят растворённые соли и минералы, выносимые впадающими в них реками с глубин нашей планеты. Мировой океан занимает 71% земной поверхности (приблизительно 361млн.м2), а потому площади океанов расположены на 95% гидросферы планеты. Мировой океан чрезвычайно плотно связан с сушей, между ними всё время происходит обмен различными веществами, энергией (например, теплом/холодом), а немаловажная роль в этом взаимодействии отводится круговороту воды в природе. Прототипом современного океана, согласно общепринятой теории, является Панталасса, который был образован на нашей планете около 444 млн. лет назад и был разделён на части около 252 млн. лет, когда литосферные плиты, расположенные под материком Пангея, постепенно начали удаляться друг от друга, разбив материк на несколько частей.  Интересно, что многие океанографы до сих пор окончательно не определились, сколько в действительности существует океанов. Сначала учёные выделили два, затем – три. В середине прошлого века сошлись на том, что Мировой океан состоит из четырёх частей, но вначале XXI ст. Международное гидрогеографическое бюро выделило пятый, Южный, с наличием которого на данный момент соглашаются не все.
Цель данной работы заключается в формировании представлений о распределении живых организмов в океане. Многочисленные споры, идеи, суждения порождали и расширяли знания о Мировом океане.

1. Жизнь в Мировом океане

Океан полон жизни и тайн, поражающих воображение. Многие из них не раскрыты до сих пор. При исследовании морских глубин и сейчас еще находят организмы, неизвестные науке. Жизнь в океане всепроникающа. Она существует на дне Марианского желоба, на глубине 11 тыс. м, и даже там, где образуется новая земная кора, где из глубин Земли через разломы поступает горячая магма, где высокие температуры и огромное давление.

Мировой океан занимает почти три четверти поверхности Земного шара. Как ни странно, подводный мир менее изучен, чем космос, и на глубину более 6 километров ещё никто не погружался. Это вызвано огромными техническими трудностями, связанными с большим давлением воды, отсутствием света и кислорода в глубинных слоях океана. Тем не менее, жизнь в океане есть и она довольно разнообразна.

Огромен и разнообразен живой мир океана: более 150 тыс. видов животных и более 10 тыс. видов водорослей обитают в нем. Даже теперь, когда развились наземные животные и растения, в водной среде их обитает значительно больше, чем на суше. Здесь живут самые крупные животные, например кит, который в 25 раз тяжелее слона—самого большого животного суши; крупнейшие растения— водоросли, протяженностью во много десятков метров. Условия существования в воде всего живого гораздо благоприятнее, чем на суше: здесь нет резких колебаний температуры, окружающая вода хорошо поддерживает в пространстве тело организма и ему не нужен столь мощный скелет или корни, как обитателям суши, противостоящим воздействию воздушной стихии.

В органическом мире морей и океанов выделяются плавающие животные и растения— планктон и нектон, а также бентос, т. е. совокупность организмов, обитающих на грунте и в грунте морей, озер, рек. Бентос делится на животный (зообентос) и растительный (фитобентос). Больше — зообентоса, особенно в прибрежных мелководьях.

Морские организмы очень разнообразны. Это моллюски, ракообразные, рыбы и пр. Основную массу фитобентоса составляют бактерии и водоросли. Они образуют целые подводные луга, раскинувшиеся на огромном пространстве. В нашей стране заросли ламинариевых и фукусовых водорослей особенно значительны у Мурманского, Беломорского и Дальневосточного побережий; они дают здесь урожай за год в среднем 200 т с 1 га. На мелководьях, где обилие солнечного света, живут синезеленые водоросли — очень мелкие растения, покрывающие камни слизистой пленкой. Глубже обитают самые крупные бурые водоросли—ламинарии, фукусы, макроцистиды и др. Они прикрепляются ко дну и образуют густые подводные леса. Самые глубоководные— красные водоросли; они тоже прикреплены ко дну, растут небольшими кустиками, иногда сплошным ковром устилая дно моря. За цвет их называют багрянками.

Следующее подразделение живых организмов— планктон. Они не прикреплены ко дну, но и не способны активно передвигаться, а лишь пассивно переносятся течениями. Фитопланктон, представленный водорослями, развит в верхнем, освещенном слое воды. Зоопланктон населяет всю толщу воды. Преобладают в нем ракообразные, многочисленны простейшие (радиолярии, фораминиферы, инфузории), кишечнополостные (медузы, сифонофоры, гребневики), крылоногие моллюски и др. Планктон служит пищей для рыб и многих водных животных. Помимо основной массы одноклеточных диатомей среди планктонных водорослей встречаются и крупные, они образуют обширные скопления, например в знаменитом Саргассовом море в Атлантическом океане.

Наконец, организмы, способные активно плавать,—нектон. Они противостоят течениям и перемещаются на значительные расстояния. К нектону относятся рыбы, китообразные, ластоногие, черепахи, пингвины, кальмары, водные змеи.

Условия существования для организмов на разных глубинах неодинаковы. На прибрежных мелководьях (литораль, литоральная зона), где постоянны волнения и прибой, а также приливы и отливы, дважды в сутки заливающие водой полосу побережья шириной обычно меньше 1 км (местами—10—15 км), организмы имеют приспособления к смене пребывания на воздухе и в воде, резким изменениям температуры, солености, воздействию солнца и прибоя. Чтобы не быть уничтоженными, моллюски, например, настолько крепко прикрепляются к скалам, что как бы срастаются с ними, крабы снабжены цепкими клешнями, а рыбы зоны прибоя, например бычки, имеют плавники-присоски.

Обитатели илистых и песчаных мелководий — креветки, двухстворчатые моллюски, морские звезды и др.— зарываются в грунт. На глубинах от 200 до 2000 м, в пределах материкового склона, располагается так называемая батиальная зона (батиаль). Она занимает 20% площади Мирового океана, имеет значительные уклоны: здесь слабые сезонные колебания температуры, растительный мир беден из-за почти полного отсутствия света, животные, главным образом рыбы, переходные к глубоководным, часто связаны с грунтом. Еще глубже — абиссальная зона (абиссаль), где глубины более 2 км. Это дно (ложе) океанов в виде плоских холмистых равнин, котловин, плато и горных хребтов. Вода в абиссальной области малоподвижна с постоянно низкой температурой (1—2°С, в высоких широтах — ниже 0°С), постоянной соленостью (34,7%), плотностью и почти полным отсутствием света.

2. Растительный и животный мир Мирового океана

В морях и океанах распространены различные организмы, жизнь которых зависит от условий среды. Проникновение света в воду связано с ее прозрачностью, а от нее зависит жизнедеятельность микроорганизмов, прежде всего растений. Однако для их существования нужны также питательные вещества , поднимающиеся со дна вместе с глубинными водами во время осенне — зимней конвекции и поступают с береговым стоком.

Жизнь в океане существует во всей его толще, даже во мраке глубоких впадин, которые еще не открыли человеку всех своих тайн. Живые организмы моря делятся на два больших мира: растений и животных. Каждый из этих миров распадается на типы — классы — ряды. Далее выделяют семейства, роды и виды. В водах океана обитает более 160 тыс. видов животных и более 10 тыс. видов растений.

Характерными чертами растительных форм жизни является их способность в процессе фотосинтеза превращать неорганическое вещество в органическую, впитывать минеральные вещества, создавать вокруг клетки плотную целлюлозную оболочку и прикрепляться к месту своего существования. Растения производят из углекислого газа и молекул воды углеводы, благодаря которым формируются органы и поддерживается жизнедеятельность. При этом солнечная энергия превращается в химическую и в связанном состоянии накапливается в растении, а освободившийся кислород выделяется из клеток в воду.

Среди морских организмов преобладают микроскопические одноклеточные водоросли, которые нельзя разглядеть невооруженным глазом. Это жгутиковые и диатомовые, бурые, красные и сине — зеленые.

Жгутиковые, которых около 2000 видов, растут преимущественно в теплых водах. Некоторые образуют колонии , окрашивают воду и придают ей неприятного запаха, отгоняет рыб от места их развития .

Диатомовые водоросли, в отличие от жгутиковых, живут в холодных водах умеренных и высоких широт как в толще воды, так и на дне прибрежных отмелей, их кремнеземные створки не растворяются в воде и образуют диатомовые илы. Зеленых водорослей по видовому составу немного , но они очень активно размножаются и вместе с диатомовыми и жгутиковыми является основные мы поставщиками органического вещества и кормовой базой для мелких животных. Среди зеленых на побережье океана распространены не только одноклеточные, но и многоклеточные формы больших размеров.

Бури и красные водоросли многоклеточные. Они распространены и также достигают больших размеров. Особенно большие бурые водоросли — ламинарии, фукусы, саргассы, макроцистис, нереоцистисы, алярии, лесонии. Эта группа водорослей у берегов создает заросли. Красные водоросли, типичными представителями которых являются акфельция и филлофора, обитающие на глубинах до 120 м.

Все они принадлежат к низшим растениям. Но в море около ЗО видов цветковых, среди которых наиболее известна морская трава ( зостера ). Она имеет промышленное значение. Для водорослей характерна большая производительность. Это обусловлено их повышенной способностью к размножению. Микроскопическая хлорера, например, за сутки может увеличить массу в 300 раз . При благоприятных условиях 1 кг этой водоросли за 17 дней дает более 50 млн т биомассы. За сутки она выделяет кислорода в 200 раз больше собственного объема. Хлорера — рекордсмен по урожайности: с 1 га водной массы можно собрать более 1000 ц. сухого вещества. За эти замечательные качества она стала первым « космическим » растением.

Животный мир океана чрезвычайно разнообразен. Больше всего в нем моллюсков — более 80 тыс. видов. Есть также более 20 тыс. видов ракообразных, более 16 тыс. видов рыб, примерно 15 тыс. видов одноклеточных, преимущественно радиолярий , фораминифер и инфузорий, около 9 тыс. видов кишечнополостных, более 7 тыс. видов червей, 5 тыс. видов губок, столько же видов иглокожих, 3 тыс. видов мшанок.

Среди позвоночных, кроме рыб, в океане живут 50 видов рептилий , в основном черепах и змей, и более 100 видов млекопитающих, главным китообразных и ластоногих . Киты — самые большие животные в мире. Масса кита превышает массу слона в десятки раз. Среди ластоногих самые моржи.

Длина их тела достигает 4 м, а масса превышает 1 т. Животные организмы океанов несколько крупнее морских. Так, гигантские киты распространены только в океанах. Дельфины , которые живут в Тихом и Атлантическом океанах, значительно крупнее черноморских.

Животные в прибрежной зоне преимущественно серые и бурые, а с нарастанием глубины появляются организмы красных оттенков. Некоторые животные не имеют пигментации (особенно кишечнополостные ), потому прозрачные, словно стекло. В поверхностном слое воды прозрачность способствует пропуску через тело солнечных лучей без вредного влияния на их органы и ткани.

Некоторые морские животные обладают способностью светиться. Так , светящиеся животные, живущие на дне глубоководных впадин, а также некоторые рыбы и моллюски, некоторые бактерии и планктонные организмы в верхней толще воды. От их накопления вода в ночное время приобретает молочный оттенок, а при прохождении плавсредств они дают яркие вспышки, создавая рисунок огненного моря.

Итак, жизнь в океане охватывает всю толщу воды. Густо заселены прибрежные подводные равнины, устья рек, океанские горные цепи и отдельные горы, районы поднятия глубинных вод. Но животной биомассы в Мировом океане почти в 20 раз больше, чем растительного.

3.Биологические богатства океана

Океан издавна является кормильцем человека. В нем ведут промысел млекопитающих (тюленей, моржей), лов рыбы, беспозвоночных животных, собирают водоросли. Морские организмы используют не только в пищу. Из них получают лекарства, сырье для химической промышленности. Жизнь в океане так богата, что казалась людям неисчерпаемой. Большие судна разных стран отправлялись на промысел китов и рыб. Самыми крупными китами являются синие киты, их масса может достигать 150 тонн, в результате хищнического промысла людей синие киты оказались под угрозой исчезновения. Поэтому в 1987 году СССР прекратил китобойный промысел. Заметно сократилось также и количество рыб в океане. Проблемы Мирового океана должны быть заботой не только какого-нибудь одного государства, но и всего Земного шара. Мировой океан обладает большими, но все же ограниченными биологическими богатствами, и перед человечеством стоит важная задача их разумного использования, охраны и умножения. От того, насколько рационально человек будет их решать, зависит его будущее.

Заключение

Из всех планет Солнечной системы только на Земле есть океан. Вероятно, океан образовался из воды, освободившейся при разогреве водосодержащих минералов в конце периода формирования Земли как планеты. Холодная вода в высоких широтах опускается на глубину и распространяется в направлении экватора под более теплой и менее плотной поверхностной водой. Поверхностные течения в океане имеют преимущественно ветровое происхождение. Изучая свойства вод Мирового океана, следует отметить, что океан холодный, соленый, темный и стратифицированный.

Океан играет большую роль в жизни нашей планеты. Он аккумулирует большое количество тепла в экваториальной и умеренной зоне и течениями переносит это тепло в приполярные районы Земли, тем самым значительно смягчая климат полярных областей.

Условия жизни в океане от полюсов до экватора, от поверхности до максимальных глубин очень различны. Потому разнообразие жизни в нем необычайно велико.

---

Список используемых источников

1. Дрейк Ч. «Океан сам по себе и для нас» Степанов В.Н. “Мировой океан – Мысль”, – Москва,1976.

2. Лавров С.Б., Гладкий Ю.Н. «Экономическая и социальная география мира» – Москва,1996.

3. Ром В.Я., Максаковский В.П., Дронов В.П. “Экономическая и социальная география. Справочные материалы”. – Москва, 1994.

4.  Степанов В.Н. “Мировой океан – Мысль”, – Москва,1976.

Жизнь в Мировом океане. Распределение живых организмов в океане

Жизнь в Мировом океане

Замечание 1

Живой мир океана невероятно разнообразен. В нем обитают более 150 тыс. видов животных и более 10 тыс. видов водорослей.

Видовой состав обитателей океана намного больше, чем на суше. Если слон является самым большим животным суши, то в океане таким гигантом является кит, который в 25 раз тяжелее слона.

В океане нет резких колебаний температуры, вода хорошо держит тело и мощный скелет не нужен, поэтому условия жизни в воде значительно благоприятнее.

Обитатели Мирового океана подразделяются на:

• планктон,
• нектон,
• бентос.

Планктон и нектон – это плавающие животные и растения, а бентос представляет собой совокупность, обитающих на грунте, организмов. Бентос, в свою очередь, делится на зообентос и фитобентос. В прибрежном мелководье зообентоса значительно больше. В фитобентосе основную часть составляют бактерии и водоросли, образующие целые подводные луга.

На небольших глубинах и мелководьях живут сине-зеленые водоросли, нуждающиеся в обилии солнечного света. Они покрывают камни слизистой пленкой. Бурые водоросли – ламинарии, фукусы и другие обитают уже глубже и образуют густые подводные леса. Ко дну прикрепляются красные водоросли, они самые глубоководные и растут небольшими кустиками.

Планктон прикрепляется ко дну, он не способен активно плавать и переносится течениями. Что касается зоопланктона, то он населяет всю толщу воды – это ракообразные, кишечнополостные, крылоногие моллюски и др. Пищей для многих обитателей океана, включая рыб, является планктон.

Те организмы, что активно плавают, относятся к нектону. Они могут перемещаться на большие расстояния и противостоять течениям – это рыбы, ластоногие, китообразные, черепахи, кальмары, водные змеи, пингвины.

Животные больших глубин имеют нежное и хрупкое тело, от которого отходят тонкие и длинные придатки. Их задача обеспечить опору на вязком грунте и плавание. Некоторые из них не имеют глаз, а у других, наоборот, глаза очень большие. Многие обитатели светятся и привлекают внимание хищников, которые способны заглатывать большее по размерам животное.

Исследовать глубины океана помогает глубоководный автономный самоходный аппарат – батискаф. Сегодня существуют батискафы самых разных конструкций, но все они имеют корпус-поплавок с аппаратурой для управления, систему регенерации воздуха, радиостанцию, телекамеру, ультразвуковой телефон, приборы для взятия проб грунта, фотоаппаратуру и телеаппаратуру. Батисфера с аппаратурой и кабиной для экипажа является шарообразной камерой того же назначения. Отличием является то, что она спускается в воду с борта корабля с использованием троса. Бентос собирают со дна при помощи дночерпателей, драг и тралов, которые спускают с помощью лебедок. Собранный грунт является источником сведений об океане, его истории и обитателях.

Адаптация живых организмов в океане

Условия в океане приспособлены для жизни, его обитатели способны регулировать потребление соли, они имеют органы для получения кислорода, способны противостоять огромному давлению водной массы, адаптированы к недостаточному количеству солнечного света.

Морские организмы классифицировать достаточно сложно, каждый из них приспособлен к своей среде обитания и вынужден взаимодействовать с целым рядом факторов, чтобы выжить.

Что касается солевой регуляции, то рыбы, например, пьют соленую воду, а избыток соли выводят через жабры, пьют морскую воду и птицы, но лишняя соль удаляется у них через «солевые железы» в полость носа, а затем птица её просто вытряхивает. А киты соленую воду не пьют, они получают её из тех организмов, которыми питаются.

Кислород для дыхания рыбы и другие обитатели получают из воды, либо через жабры или кожу. Млекопитающие, чтобы подышать, всплывают на поверхность. У китов, например, сверху на голове есть дыхательные отверстия. Без дыхания кит способен оставаться под водой в течение часа, а иногда и более. Свои легкие он наполняет очень эффективно. Кроме этого они хранят большое количество кислорода в крови и мышцах при погружении.

По температуре тела одни животные океана являются хладнокровными (экзотермические) – это значит, что температура их тела и окружающей их среды будет одинаковая. Теплокровные млекопитающие (эндотермические), составляют исключение, поэтому постоянная температура их тела должна поддерживаться независимо от температуры воды.

Для этого они имеют изолирующий слой под кожей, который состоит из жира и соединительной ткани, позволяющий поддерживать внутреннюю температуру даже в холодной воде. Так, например, гренландский кит имеет изолирующий слой толщиной более 50 см.

Что касается давления водной массы, то она с глубиной увеличивается, и животные должны к этому приспособиться. Кашалот, при погружении на 2,5 км должен выжить – форма адаптации в таких случаях заключается в том, что грудная клетка при погружении сжимается.

Более чем на 900 м погружается кожистая морская черепаха, выдержать высокое давление ей помогают гибкая раковина и складные легкие.

Не только давление воды, но ещё и давление ветра и волн выдерживают животные приливной зоны. Беспозвоночные, например, цепляются за скалы и имеют твердые защитные оболочки.

Такие крупные животные как киты и акулы воздействию шторма не подвержены.

Всем живым организмам для жизнедеятельности необходим солнечный свет. Водоросли, связанные с коралловыми рифами обитают в мелких прозрачных водах, через которые свет Солнца хорошо проходит.

На больших глубинах становится темно и, чтобы ориентироваться на свою добычу, киты используют не зрение, а эхолокацию и слух. Некоторым рыбам глаза просто не нужны, другие организмы используют светоносные бактерии или свои собственные светопроизводящие органы.

Распределение жизни в океане

В океане выделяется пять основных зон жизни:

Рисунок 1. Распределение жизни в океане. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Первая верхняя зона получила название эвфотическая, освещаемая солнцем до глубины 200 м. В этой верхней зоне обитает фитопланктон, ответственный за выработку половины кислорода, попадающей в атмосферу планеты, а также водные растения и водоросли, также осуществляющие процесс фотосинтеза.

Фитопланктон является пищей для мелких животных (криль, креветки).

Следующая мезопелагическая зона, известна как сумеречная. Простирается она до глубины 1000 м и свет в её пределах очень тусклый. Здесь практически отсутствуют растения, но крупные животные в неё попадают для охоты. Рыба в этой зоне есть, но она светящаяся и мелкая.

Третья зона — батипелагическая. В неё иногда ныряют кашалоты и кальмары, а доходит эта зона до глубины 4000 м. Свет Солнца её совсем не достигает, поэтому зону называют полуночной. Обитатели этой зоны имеют небольшие размеры, но все они с огромными ртами, острыми зубами и расширяющимся желудком. Эта особенность дает им возможность поглощать любую попавшуюся в пищу. Животные этой зоны, как правило, не имеют глаз, потому что там все равно темно, найти пищу очень сложно. Рыбы здесь передвигаются очень медленно и для того, чтобы извлечь из воды кислород для дыхания, имеют сильные жабры.

Четвертая зона океана получила название абиссопелагическая, она располагается практически у самого дна. Зона отличается соленой и холодной водой, температура которой составляет всего 2 градуса. Высокое давление жизнь для большинства животных делает невозможной, поэтому обитатели имеют адаптивные особенности – необходимый им свет они производят с помощью химических реакций в собственном теле. Так, например рыба удильщик перед огромным и зубастым ртом имеет яркий отросток, для привлечения добычи.

Наконец, пятая, самая глубокая зона океана – ультраабиссаль. Живые организмы здесь тоже есть, но немногие могут в таких условиях существовать. Обитателями ее являются изоподы – тип ракообразных. Из беспозвоночных встречаются губки, морские огурцы, морские звезды, медузы, пищевой рацион которых полностью зависят от отмерших растений и животных, оседающих на дно океана.

Современный человек ещё очень мало знает о океане и его обитателях, но своей деятельностью он уже сумел нанести этой хрупкой экосистеме колоссальный вред.

Распространение жизни в океане

Глобальное распространение

Фитопланктоны являются основными производителями энергии в океане, а остальные морские животные зависят от основных производителей энергии. Таким образом, мы можем составить карту глобального распределения морской флоры и фауны на основе распределения хлорофилла и первичной продукции, см. Рисунки ниже ¹ :

Регионы с высокой первичной продуктивностью, сгруппированные в прибрежных регионах, откуда питательные вещества поступают с суши, на восточной стороне океанических бассейнов, а также в полярных регионах, где происходит апвеллинг, и экваториальных регионах, где поверхностные воды расходятся, а богатые питательными веществами глубокие воды движутся вверх ¹ .Также вероятно, что это регионы с большинством морских организмов.

Чтобы «оценить и объяснить разнообразие, распространение и изобилие жизни в океанах» ² , Census of Marine Life была сформирована как глобальная сеть с исследователями из более чем 80 стран ² , и недавно опубликованная карта выделяла открытия океанской жизни в результате десятилетних исследований можно найти на www.comlmaps.org/oceanlifemap…tion-abundance ^3.

Распространение в океане

Как и в случае с глобальным распространением морских организмов, жизнь в океане также неравномерно распределена по всему океану и в основном контролируется абиотическими факторами морской среды, такими как температура, соленость и доступность света ⁴ . Таким образом, океаны можно разделить на три основные зоны: эвфотические, сумеречные и глубоководные ⁴ .

• Эуфотическая зона
• Сумеречная зона
• Глубоководная зона

Глубокое море

Большая часть биоразнообразия в океане находится в фотической зоне, где свет проникает в толщу воды, делая возможным фотосинтез; однако даже в глубоком море, где почти нет света, жизнь нашла выход.Глубокое море сильно отличается от мелководья и связано с физиологическими проблемами. Вода холодная, и в темных глубинах огромное давление. Поскольку фотосинтез не происходит, в воде очень мало питательных веществ, поэтому приемы пищи часто редки. Животные, обитающие в морских глубинах, невероятно приспособились к этим сложным условиям. Многие организмы развили биолюминесценцию или способность создавать свой собственный свет. Это очень полезная способность для привлечения добычи или поиска помощника в темноте.В дополнение к биолюминесценции, многие хищные глубоководные рыбы развили чрезвычайно большие челюсти, зубы и глаза для поиска и захвата добычи, уменьшив при этом другие структуры, такие как скелеты, мышцы и плавательные пузыри, чтобы сохранить энергию и противостоять воздействию давления. Поскольку в глубоком море мало еды, у многих его обитателей чрезвычайно медленный обмен веществ, поэтому в некоторых случаях они могут прожить до года без еды. Это множество приспособлений позволило жизни не только выжить, но и процветать в одной из самых суровых сред на планете.

Евфотическая зона характеризуется разнообразной океанской жизнью. Морские обитатели Евфотической зоны включают акул, медуз, морских черепах, кораллы и зоопланктон. Причина, по которой в этой зоне так много разнообразной жизни, заключается в ее доступе к солнечному свету. Прямой солнечный свет вызывает фотосинтез, который открывает множество возможностей для жизни. Зона ниже — это зона батьяла, которая также известна как зона сумерек, потому что солнечный свет не достигает зоны батьяла. Зона Батьяла находится на глубине 1000-4000 метров ниже поверхности океана.Поскольку нет солнечного света, у многих обитателей этой зоны нет глаз. Среди морских обитателей есть кальмары, киты и осьминоги. Рыбам трудно жить в этой зоне, поэтому они обычно остаются в зоне эвфотического типа. Наконец, самая глубокая зона океана — это Абиссальная зона. В этой зоне давление воды настолько велико, что обитающие здесь морские обитатели должны выдерживать это давление. Морская жизнь, которая здесь обитает, не очень типична. Их обычно называют «ненормальными», а иногда даже «пугающими».Пример морской жизни, обитающей в этой зоне, называется «Черная ласточка», и это рыба, которая имеет способность глотать другую рыбу, которая больше, чем ее собственный размер тела.

http://www.exploringnature.org/db/de…D=44&detID=583

http://www.google.com/url?sa=i&sourc…26820199322229

Источники

1. oceansjsu.com/105d/exped_ecosystems/8.html
2. http://www.comlmaps.org/
3. www.comlmaps.org/oceanlifemap…но-изобилие
4. образование.национально-географическое …. n-chapter3.pdf

Насколько взаимосвязана жизнь в океане?

Азия Армстронг — эксперт в том, как отличить скатов манты друг от друга. Аспирант Университета Квинсленда изучает популяции Mobula alfredi , рифовых мантов в морском парке Большого Барьерного рифа у северо-восточного побережья Австралии, и провел бесчисленные часы, изучая фотографии рыб, сделанные гражданином ученые, а также Армстронг и ее коллеги на протяжении нескольких десятилетий — с целью идентификации людей.«У скатов манты есть уникальный рисунок пятен на брюшной поверхности — пятна, точки, полосы», — объясняет она. В базе данных, содержащей около 1300 особей, «я бы, наверное, узнал половину из них сейчас».

Последние несколько лет исследователи исходили из предположения, что местные популяции мантов разделены между двумя основными регионами, северным и южным, разделенными сотнями километров. Но видео, которое Армстронг получил в июне прошлого года с места для дайвинга у побережья северного Квинсленда между двумя предполагаемыми диапазонами, поставило это предположение под сомнение.На видео были показаны два ската-манты, в которых Армстронг сразу же узнал представителей популяции, населяющей южный регион. Действительно, в последний раз лучи видели примерно в 1150 километрах к югу от места погружения — расстояние почти вдвое больше, чем самое длинное зарегистрированное движение рифовой манты. Фотографии, представленные несколько недель спустя, подтвердили находку: один из двух мантов снова был замечен плавающим вокруг того же места.

«До этого момента все, что у нас было [на мантах] из северного Квинсленда, не соответствовало ничему из южного Квинсленда.. . и у нас не было ничего промежуточного », — говорит морской ученый из Квинсленда Кристин Даджен, соавтор июльского исследования, документирующего открытие. Хотя неясно, пересекаются ли северная и южная популяции, новые данные расширяют ареал южной популяции на сотни километров к северу, говорит она. Эта информация может помочь исследователям разработать более эффективные планы по сохранению во всем мире скатов манты, численность которых сокращается отчасти из-за многих угроз, с которыми они сталкиваются со стороны людей, включая сбор для использования в традиционной китайской медицине.

ОТСЛЕЖИВАНИЕ ГИГАНТОВ: С помощью гражданских ученых такие исследователи, как аспирант Университета Квинсленда Крис Лоусон, фотографировали рифовых мантов для онлайн-базы данных, которая отмечает, когда и где были замечены массивные скаты.

ASIA ARMSTRONG

Результаты являются неожиданностью для местных исследователей манты, но они подчеркивают важность учета перемещений морских организмов в Мировом океане при попытке их защитить. Исследования показывают, что многие виды животных, многие из которых имеют коммерческое, культурное и экологическое значение, могут регулярно пересекать гораздо более обширные территории, чем предполагалось ранее, будь то плавающие взрослые особи или, что чаще, на других этапах жизни, такие как проносящиеся мимо личинки или молодые особи. с помощью или продвигаясь в океанских течениях.До сих пор управление и сохранение большинства видов осуществлялось на местном уровне, часто в охраняемых морских районах (МОР) — от строго запрещенных зон до районов с более подробными правилами — под контролем национальных или региональных правительств. Но постоянное перемещение людей из одного места в другое означает, что животные часто перемещаются между территориями с разным уровнем охраны природы и административным надзором. Если не принимать во внимание такие географические связи, защита организма в одном районе может быть легко подорвана его уязвимостью в другом.

Признавая это, ученые и политики принимают во внимание концепцию морских связей — термин, который биологи широко используют для обозначения обмена особями, генетическими последовательностями или едой и другим материалом между регионами или популяциями в океане — во время их борьбы. как лучше всего защитить морские экосистемы от чрезмерного вылова рыбы, изменения климата и других антропогенных воздействий. Следовательно, количественная оценка морской взаимосвязанности становится центральным направлением исследований в области сохранения морской среды, при этом биологи разрабатывают новые методы оценки перемещений видов и на основе полученных результатов выстраивают руководящие принципы управления.

«Это следующая проблема, с которой сталкиваются политики, — говорит Анна Метаксас, биолог-океанограф из Университета Далхаузи в Галифаксе, Канада. «Наука говорит нам:« Ого, вы должны учитывать [возможность подключения]. Вы не можете игнорировать это, если хотите, чтобы ваши МОР были жизнеспособными ».

Язык моря Относительно молодая концепция в морской биологии, морская связь в общих чертах определяется как обмен отдельными организмами, пища или другой материал между местами обитания или популяциями в океане.В дополнение к этому обобщающему термину исследователи также используют несколько не исключающих друг друга подтипов морских связей для описания структур видов. Эти термины имеют эквиваленты и в исследованиях связи в наземных средах обитания.
	Структурная связанность Движение, обусловленное физическими характеристиками окружающей среды. Океанские течения и топография морского дна помогают определить структурную связанность.
	Демографическая взаимосвязь Влияние передвижения людей на размер, рост и другие характеристики населения.
	Функциональная связность Движение обусловлено экологическими особенностями организма. Способность к рассеянию плюс среда обитания и предпочтения в еде влияют на функциональную взаимосвязь.
	Генетическая связь Влияние потока генов на эволюционные процессы в популяции.

научный персонал

Измерение взаимосвязей между морскими животными

Глыбы съедобных морских мидий ( Mytilus galloprovincialis ) — привычное зрелище на более скалистых частях атлантического побережья Португалии.Экологически и социально-экономически важные виды Mytilus помогают формировать структуру и пищевые сети приливных экосистем по всему миру. В течение последних нескольких лет Энрике Кейрога и его коллеги изучали связь между дикими популяциями этих мидий, в частности, обмен личинками между популяциями, расположенными вдоль побережья. «У большинства морских видов расселение происходит во время личиночной фазы», ​​- говорит Кейрога, морской эколог из Университета Авейру в Португалии.«Большинство известных нам морских видов и большинство морских видов, которые мы едим, имеют личиночную фазу — тунец, треска, сельдь, моллюски, мидии, крабы, креветки».

Выполнение прямых измерений рассеивания в океане — чрезвычайно трудоемкая работа.

— Саймон Торролд, Океанографический институт Вудс-Хоул

Поскольку, в отличие от скатов манты, эти личинки слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, команда Кейроги недавно воспользовалась косвенным методом оценки связи для изучения популяций мидий. вокруг Лиссабона.Сразу после нереста личинка мидии начинает выращивать панцирь из карбоната кальция. В течение следующих нескольких недель животное перевозится океанскими течениями, пока оно не осядет на скале или другой поверхности вдоль береговой линии, чтобы начать превращаться в молодь, а позже — во взрослую особь. Химический состав каждой части раковины, объясняет Кейрога, зависит от морской воды, в которой она развивается, а это означает, что основание раковины мидии обеспечивает постоянный «элементарный отпечаток пальца» того места, где это животное начало свою жизнь.

Чтобы создать базу данных этих отпечатков пальцев, команда собрала тысячи личинок, вылупившихся из мидий в лаборатории, и поместила их партиями по 20 000 в личиночные дома — маленькие трубочки из ПВХ с сеткой, покрывающей оба конца. Затем они распределили эти дома вдоль более чем 120 километров побережья Португалии, подождали несколько дней, пока личинки не начнут делать свои раковины, а затем вытащили их обратно в лабораторию для химического анализа. Результатом стал атлас химических сигнатур разных нерестилищ.

Сравнивая основания раковин диких мидий, собранных вдоль береговой линии, с этим химическим атласом, исследователи обнаружили, что личинки мидий довольно немного передвигаются. Мидии в МОР к югу от Лиссабона, по-видимому, принесли потомство не только своей собственной популяции в течение периода исследования, но и популяциям к северу, включая другой МОР, расположенный более чем в 100 км от побережья. Результаты подчеркивают практическую важность рассмотрения возможности подключения. Часто «нельзя просто защитить» одно население, говорит Кейрога.«Потому что, если это происходит от личинок, происходящих из другой популяции, а другая популяция не защищена, тогда ваши планы управления бесполезны».

Такой геохимический анализ может дать представление о многих таксонах помимо моллюсков. Например, исследователи часто используют структуры карбоната кальция, известные как отолиты, присутствующие во внутреннем ухе многих видов позвоночных, для определения происхождения отдельных рыб. Одно недавнее исследование, в котором анализировались отолиты более 100 атлантических сельдей ( Clupea harengus ), показало, что измерение относительных концентраций 17 химических элементов может точно определить конкретный залив или эстуарий, где нерестилась эта рыба, что служит «химическим» рождением. свидетельство об их натальном происхождении », — пишут авторы.

Но этот подход — лишь один из многих, которые сейчас используются для оценки морской связи. Телеметрия — например, с использованием акустических или спутниковых маркеров — может предоставить более подробную информацию о перемещениях организмов, достаточно крупных, чтобы их можно было поймать и пометить. Например, в работе группы Джея Рукера в Техасском университете A&M использовались различные типы тегов для отображения перемещений акул и коммерчески важных рыб через юрисдикционные границы в Мексиканском заливе, в то время как Даджен и ее коллеги недавно разместили спутниковые теги на своих объектах. скаты манты, чтобы выследить их на Большом Барьерном рифе и вокруг него.Между тем, методы, основанные на ДНК, могут генерировать данные не только о перемещениях животных между популяциями, но и о результирующем обмене геномным материалом.

Большинство генетических методов, используемых до сих пор для изучения морских связей, были сосредоточены на оценке генетического разнообразия как способа оценки потока генов между, казалось бы, изолированными популяциями. Но все более популярным методом является анализ происхождения, который использует генетические маркеры, такие как однонуклеотидные полиморфизмы или повторяющиеся, быстро мутирующие последовательности ДНК, называемые микросателлитами, для идентификации родителей потомства.«Что удивительно в этом инструменте, так это то, что я могу буквально сопоставить [личинку] с матерью или отцом, которые ее произвели», — говорит Марк Карр, морской эколог из Калифорнийского университета в Санта-Круз. «Пока взрослая особь не двигается, мы знаем, откуда взялась личинка».

Связь не всегда нужно включать. Но это всегда нужно учитывать.

— Анна Метаксас, Университет Далхаузи

Карр вместе с большой группой коллег, аспирантов и добровольцев недавно провел анализ происхождения морских окуней ( Sebastes atrovirens, ), многочисленных видов в экосистемах умеренного климата.Команда отобрала 6000 рыб — отрезав кусочек ткани плавников у людей, пойманных на крючок и леску, или проткнув кожу свободно плавающей рыбы специальным удилищем во время подводного плавания — вдоль 25 километров береговой линии Калифорнии, которая включала несколько МОР. Анализируя почти 100 различных генетических маркеров в образцах, исследователи идентифицировали восемь пар родитель-потомство. По крайней мере, двое из этих отпрысков переехали из МОР, где жили их родители, в районы, где разрешено рыболовство.Четверо других отпрысков также покинули МОР своих родителей, но впоследствии перебрались в другой.

К сожалению, такие проекты дороги и требуют много времени, отмечает Саймон Торролд, эколог-океанолог из Океанографического института Вудс-Хоул, группа которого пару лет назад использовала анализ происхождения, чтобы выявить высокий уровень связи между рыбами-клоунами ( Amphiprion percula ). и популяции рыб-бабочек ( Chaetodon vagabundus ) вокруг Папуа-Новой Гвинеи.«[Выполнение] прямых измерений рассеяния в океане — чрезвычайно трудоемкая работа», — говорит Торролд. Поскольку исследователи не могут изучать все виды в океане с помощью этих методов, добавляет он, «мы всегда будем экстраполировать данные по тем немногим видам, о которых мы знаем значительно больше».

Теоретические подходы к измерению возможности подключения

Чтобы сделать такие выводы, исследователи обращаются к компьютерным моделям. Моделирование, основанное на распространении видов и истории их жизни, в сочетании с физическими данными, такими как измерения океанских течений, может помочь лабораториям предсказать перемещения морских организмов.Метаксас и его коллеги, например, недавно смоделировали расселение личинок, чтобы оценить взаимосвязь между популяциями глубоководных кораллов, экологически важных, но трудных для изучения организмов, в каньонах на дне океана у побережья Новой Шотландии. Используя физические данные об океанских течениях, а также о распределении кораллов, которые команда визуально оценила с помощью дистанционно управляемого транспортного средства, исследователи оценили перемещение личинок из одной популяции в другую и нашли доказательства частого обмена между водами Канады и США.

По возможности, исследователи дополняют физические данные о океанских течениях биологическими данными о поведении личинок. Личинки многих видов могут плыть вверх и вниз в толще воды, например, или приближаться или удаляться от раздражителей, таких как свет, шум и некоторые химические вещества в окружающей среде. Нандини Рамеш, постдок лаборатории атмосферного ученого Уильяма Бооса в Калифорнийском университете в Беркли, и ее коллеги недавно разработали одну такую ​​биофизическую модель для оценки движения личинок более 700 коммерчески важных видов рыб по всему миру.Результаты, полученные с помощью модели, свидетельствуют о том, что мировые рыбные промыслы сильно взаимосвязаны, и многие рыбы, вылупившиеся в водах одной страны, вылавливаются в водах другой. Учитывая экономическую ценность этого вида для рыбной промышленности, команда подсчитала, что эта международная связь помогает генерировать более 10 миллиардов долларов в год.

Такие биофизические модели могут предсказывать в крупном масштабе как то, где могут оказаться отдельные животные, так и как они туда попадут. Но результаты трудно подтвердить, — говорит Торролд.«Несмотря на то, что [симуляции] могут дать довольно убедительные визуальные эффекты, на самом деле не было способа определить, насколько точны эти биофизические модели», — говорит он. «Все сводится к объединению [их] с другими методами».

Вернувшись в Португалию, Кейрога и его коллеги работали над именно таким комбинированным подходом для своих популяций мидий. В прошлом году исследователи опубликовали биофизическую модель распространения личинок, основанную на океанских течениях вдоль побережья, и сравнили ее с наблюдениями из своего геохимического анализа.Команда обнаружила, что результаты двух подходов сильно коррелировали. «Если разные методы сходятся, [и их] оценки похожи друг на друга, — говорит Кейрога, — то мы начинаем более уверенно относиться к описанию процесса».

Измерение движения MESA SCHUMACHER Исследователи изучают движение морских организмов, используя как прямые, так и косвенные методы. Некоторые методы подходят только для некоторых видов, и большинство групп пытаются использовать несколько методов для проверки своих результатов.

	ОТСЛЕЖИВАНИЕ Самым прямым способом измерения морских перемещений является запись наблюдений за обитающими в океане организмами in situ. Эти данные могут быть собраны с помощью фотографий, видео или визуальных опросов или с помощью тегов, которые хранят или удаленно передают информацию о местоположении исследователям. Отслеживание особенно эффективно для крупных мигрирующих животных, но практически невозможно для более мелких видов и личинок.
	ГЕНЕТИКА Образцы тканей морских организмов позволяют исследователям количественно определять генетическое разнообразие в популяциях и поток генов между ними. Один особенно ресурсоемкий и трудоемкий подход, известный как анализ происхождения, даже позволяет исследователям определить, какие взрослые особи дали начало той или иной личинке. Для видов, которые относительно мало передвигаются во взрослом возрасте, таких как многие виды рифовых рыб, исследователи могут затем экстраполировать, чтобы выяснить, где эта личинка появилась на свет.
	БИОГЕОХИМИЯ Структуры, содержащие карбонат кальция, такие как отолиты рыб и раковины моллюсков, содержат химические признаки состава морской воды, в которой они образовались. Сравнивая отолиты или раковины диких организмов с базой данных химических сигнатур, исследователи могут установить, где развился организм.
	МОДЕЛИРОВАНИЕ Исследователи обращаются к компьютерному моделированию, когда полевые работы нецелесообразны или когда они хотят сравнить экспериментальные данные с определенной теорией.Это особенно распространенный подход для оценки способов передвижения личинок или планктонных организмов, которые могут перемещаться на большие расстояния океанскими течениями. Более сложные модели включают данные о поведении личинок, чтобы попытаться повысить предсказательную силу.

Использование оценок связности для построения сетей морских заповедников

По мере того как исследователи продолжают демонстрировать практическую важность морской связи, эта концепция постепенно включается в планирование сохранения.Метаксас, который выступает в качестве советника Департамента рыболовства и океанов канадского правительства, отмечает, что политики во всем мире все чаще используют экологические данные наряду с социальной и экономической информацией для разработки МОР. Но морская связь — «все еще новичок в этом блоке».

Метаксас и аспирантка Университета Далхаузи Арианна Балбар недавно провела обзор почти 750 МОР в регионах земного шара с передовыми природоохранными инициативами. Они обнаружили, что только 11 процентов включали соображения морской связности, и большинство из них приходилось на Австралию и Калифорнию, которые имеют крупнейшую и вторую по величине сети МОР, соответственно.По словам Метаксаса, новым руководящим принципам исследований требуется время, чтобы они вошли в планы управления, и по-прежнему отсутствуют данные по многим морским районам, которые политики хотят защитить. «У вас есть несоответствие между тем, что менеджеры могут делать , и тем, что ученые пишут в литературе, что они, , должны делать ».

Чтобы помочь специалистам по сохранению природных ресурсов учитывать возможность морских соединений даже при скудных данных, Карр и другие продвинули идею «практических правил», определяющих размер и расположение отдельных МОР в более крупной сети охраняемых территорий.Согласно этим правилам, разработанным в Калифорнии после того, как штат принял Закон о защите морской флоры и фауны 1999 г., каждый МОР должен иметь площадь не менее 50 квадратных километров — достаточно большой, чтобы вместить всех взрослых особей большинства местных рифовых или прибрежных популяций рыб. Кроме того, МОР должны быть расположены достаточно близко, чтобы личинки из одного МОР могли разойтись в соседний — в идеале, на расстоянии не более 100 километров.

Калифорнийская сеть MPA считается модельным примером, говорит Карр, и другие менеджеры, например, в Орегоне, основали свои собственные планы защиты морской среды на аналогичной основе.Тем не менее, некоторые исследователи утверждают, что подходы, основанные на практических правилах, рискуют чрезмерно упростить взаимосвязь из-за игнорирования факторов, специфичных для отдельных видов или регионов, и игнорирования эмпирических данных, которые могут быть под рукой.

Охраняемая территория В Калифорнии действует одна из крупнейших в мире программ управления морскими ресурсами: 119 охраняемых морских территорий (МОР) и пять государственных морских рекреационных зон общей площадью 852 квадратных миль. Морская связность является важным фактором, который следует учитывать при проектировании сети МОР, поскольку перемещение организмов за пределы охраняемых территорий может сделать их уязвимыми.В частности, связность влияет на то, как специалисты по природоохранному планированию определяют минимальную площадь МОР, чтобы гарантировать, что большинство взрослых местных популяций будет содержаться в нем, и расстояние между различными МОР, поскольку популяции в разных районах береговой линии могут зависеть друг от друга. для длительного выживания.

ученый штат

Метаксас и студентка Дженни Смит недавно разработали дерево решений, которое пытается учесть больше этой местной специфики путем прохождения плановиков по сохранению через серию связанных с подключением вопросов о целевых видах или среда обитания.Например, согласно дереву, вид с личинками, которые распространяются на короткие расстояния, вероятно, потребует, чтобы МОР были достаточно большими, чтобы уловить это расселение и обеспечить адекватную локальную защиту каждой популяции, но расстояние между МОР может не иметь значения, если расселение за пределами регион редкий. По словам Метаксаса, этот подход помогает специалистам по планированию определить наиболее важные аспекты морской связи и сопоставить их с другими факторами, определяющими проектирование МОР — от экологических соображений, таких как существующее биоразнообразие региона, до социально-экономических факторов, таких как доход и средства к существованию местных рыбаков.Она объясняет, что подключение «не всегда необходимо включать». «Но это всегда следует учитывать».

Усилия по созданию эффективных сетей МОР особенно сложны из-за того, что взаимосвязанность популяций, вероятно, изменится для большинства видов и экосистем в ближайшие годы по мере усиления антропогенного давления на океаны. Недавние вычислительные исследования показали, что с изменением климата, например, измененные погодные условия могут резко снизить эффективность существующих сетей МОР, нарушив рассредоточение между районами.«Есть ряд вещей, которые должны измениться», — объясняет Рамеш. «Циркуляция океана изменится, но и сами рыбы будут реагировать на более теплые воды и переходить в места обитания, которые они сочтут наиболее подходящими. . . . Вся эта [связная] сеть будет со временем меняться по мере того, как Земля нагревается ».

Кэтрин Оффорд — младший редактор журнала The Scientist . Напишите ей по адресу [email protected] .

Морская экосистема | Британника

География, океанография и топография

Форма океанов и морей мира значительно изменилась за последние 600 миллионов лет.Согласно теории тектоники плит, кора Земли состоит из множества динамических плит. Есть два типа плит — океанические и континентальные, — которые плавают на поверхности мантии Земли, расходятся, сходятся или скользят друг относительно друга. Когда две плиты расходятся, магма из мантии поднимается и охлаждается, образуя новую кору; когда происходит конвергенция, одна плита опускается — т. е. погружается — под другую, и кора рассасывается в мантию. Примеры обоих процессов наблюдаются в морской среде.Океаническая кора создается вдоль океанических хребтов или рифтовых областей, которые представляют собой обширные подводные горные хребты, такие как Срединно-Атлантический хребет. Избыточная кора реабсорбируется вдоль зон субдукции, которые обычно отмечены глубоководными желобами, такими как Курильский желоб у побережья Японии.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Форма океана также изменяется при изменении уровня моря. Во время ледниковых периодов большая часть вод Земли связана с полярными ледяными шапками, что приводит к относительно низкому уровню моря.Когда полярные ледяные шапки тают во время межледниковья, уровень моря поднимается. Эти изменения уровня моря вызывают большие изменения в распределении морской среды, такой как коралловые рифы. Например, во время последнего ледникового периода плейстоцена Большого Барьерного рифа не существовало, как сегодня; континентальный шельф, на котором сейчас находится риф, находился выше отметки прилива.

Морские организмы распространены в океанах неравномерно. Вариации характеристик морской среды создают разные среды обитания и влияют на то, какие типы организмов будут их населять.Доступность света, глубина воды, близость к суше и топографическая сложность влияют на морские среды обитания.

Зонирование океана

Зонирование океана. Обратите внимание, что в прибрежной зоне вода находится у отметки прилива.

Британская энциклопедия, Inc.

Доступность света влияет на то, какие организмы могут населять определенный участок морской экосистемы. Чем больше глубина воды, тем меньше света может проникнуть до тех пор, пока ниже определенной глубины не перестанет светиться вообще.Эта область чернильной тьмы, занимающая большую часть океана, называется афотической зоной. Освещенная область над ней называется световой зоной, внутри которой различают эвфотическую и дифотическую зоны. Эуфотическая зона — это слой, расположенный ближе к поверхности, который получает достаточно света для фотосинтеза. Внизу находится диспотическая зона, которая освещена так плохо, что скорость дыхания превышает скорость фотосинтеза. Фактическая глубина этих зон зависит от местных условий облачности, мутности воды и поверхности океана.В общем, эвфотическая зона может простираться на глубину от 80 до 100 метров, а дисфотическая зона — до глубины от 80 до 700 метров. Морские организмы особенно многочисленны в фотической зоне, особенно в эвфотической части; однако многие организмы населяют афотическую зону и каждую ночь вертикально мигрируют в фотическую зону. Другие организмы, такие как рыба-тренога, некоторые виды морских огурцов и хрупкие звезды, остаются в темноте всю свою жизнь.

Морскую среду можно в общих чертах охарактеризовать как водную или пелагическую среду и донную или придонную среду.В пелагической среде воды делятся на неритическую провинцию, которая включает воды над континентальным шельфом, и океаническую провинцию, которая включает все открытые воды за пределами континентального шельфа. Высокий уровень питательных веществ в неритической провинции — результат растворенных веществ в речном стоке — отличает эту провинцию от океанической. В верхней части как неритических, так и океанических вод — эпипелагической зоны — происходит фотосинтез; это примерно эквивалентно фотической зоне.Ниже этой зоны лежат мезопелагические слои от 200 до 1000 метров, батипелагические от 1000 до 4000 метров и абиссальпелагические, охватывающие самые глубокие части океанов от 4000 метров до углублений глубоководных желобов.

Придонная среда также разделена на разные зоны. Супралитораль находится выше отметки прилива и обычно не находится под водой. Приливная или литоральная зона простирается от отметки прилива (максимальная высота прилива) до мелководья в открытом море.Сублитораль — это среда за отметкой отлива и часто используется для обозначения субстратов континентального шельфа, который достигает глубин от 150 до 300 метров. Отложения континентального шельфа, которые влияют на морские организмы, обычно происходят с суши, особенно в форме речного стока, и включают глину, ил и песок. За континентальным шельфом находится батиальная зона, которая залегает на глубинах от 150 до 4000 метров и включает в себя нисходящий континентальный склон и подъем.Абиссальная зона (от 4000 до 6000 метров) представляет собой значительную часть Мирового океана. Самая глубокая область океанов (более 6000 метров) — это хадальная зона глубоководных желобов. Глубоководные отложения происходят в основном из-за дождя мертвых морских организмов и их отходов.

Океаны — факты и информация

Океан представляет собой сплошной массив соленой воды, покрывающий более 70 процентов поверхности Земли. Океанские течения управляют погодой в мире и создают калейдоскоп жизни.Люди зависят от этих изобилующих водоемов для комфорта и выживания, но глобальное потепление и чрезмерный вылов рыбы угрожают крупнейшей среде обитания на Земле.

Географы делят океан на пять основных бассейнов: Тихий, Атлантический, Индийский, Арктический и Южный. Меньшие районы океана, такие как Средиземное море, Мексиканский залив и Бенгальский залив, называются морями, заливами и заливами. Внутренние водоемы с соленой водой, такие как Каспийское море и Большое Соленое озеро, отличаются от Мирового океана.

В океанах содержится около 321 миллиона кубических миль (1.34 миллиарда кубических километров) воды, что составляет примерно 97 процентов запасов воды на Земле. Вес морской воды составляет около 3,5% растворенной соли; океаны также богаты хлором, магнием и кальцием. Океаны поглощают солнечное тепло, передавая его в атмосферу и распределяя по всему миру. Эта конвейерная лента тепла управляет глобальными погодными условиями и помогает регулировать температуру на суше, действуя как обогреватель зимой и кондиционер летом.

Прибой и брызги разбегаются, когда большая волна разбивается о берег в Палау.Страна составляет более 250 островов.

Фотография Пола Чесли

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Морская жизнь

Океаны являются домом для миллионов растений и животных Земли — от крошечных одноклеточных организмов до гигантского синего кита, самого большого живого животного на планете. Рыбы, осьминоги, кальмары, угри, дельфины и киты плавают в открытых водах, в то время как крабы, осьминоги, морские звезды, устрицы и улитки ползают и бегают по дну океана.

Жизнь в океане зависит от фитопланктона, в основном микроскопических организмов, которые плавают на поверхности и посредством фотосинтеза производят около половины мирового кислорода. Другой корм для морских обитателей включает водоросли и ламинарии, которые являются видами водорослей, и морские травы, которые растут на более мелких участках, где они могут ловить солнечный свет.

Когда-то считалось, что в самых глубоких уголках океана нет жизни, поскольку свет не проникает дальше 1000 метров (3300 футов). Но потом были открыты гидротермальные источники.Эти похожие на дымоход структуры позволяют трубчатым червям, моллюскам, мидиям и другим организмам выживать не за счет фотосинтеза, а за счет хемосинтеза, при котором микробы превращают химические вещества, выделяемые вентиляционными отверстиями, в энергию. Причудливые рыбы с чувствительными глазами, полупрозрачной плотью и биолюминесцентными приманками, выступающими из их голов, прячутся в близлежащих водах, часто выживая, поедая кусочки органических отходов и мяса, которые падают сверху, или животных, которые питаются этими кусочками.

Несмотря на регулярные открытия об океане и его обитателях, многое остается неизвестным.Более 80 процентов океана не нанесено на карту и не исследовано, поэтому остается открытым вопрос о том, сколько видов еще предстоит открыть. В то же время в океане обитают одни из самых старых существ в мире: медузы существуют более полумиллиарда лет, а подковообразные крабы — почти столько же.

Другие долгоживущие виды находятся в кризисе. Крошечные организмы с мягким телом, известные как кораллы, которые образуют рифы, в основном обитающие в мелководных тропических водах, находятся под угрозой загрязнения, отложения осадков и глобального потепления.Исследователи ищут способы сохранить хрупкие, больные экосистемы, такие как Большой Барьерный риф Австралии.

Как мы можем не допустить попадания пластика в наш океан

Загрязнение пластиком представляет собой одну из самых больших известных угроз для океана, влияя на все экосистемы, от красивых коралловых рифов до глубинных траншей, и в конечном итоге накапливается в нашей собственной пище.

Воздействие человека

Деятельность человека затрагивает почти все части океана. Потерянные и выброшенные рыболовные сети продолжают смертельно ловить рыбу, морских птиц и морских млекопитающих во время дрейфа.Суда разливают нефть и мусор; они также переносят тварей в чужеродные места обитания неподготовленными к их прибытию, превращая их в инвазивные виды. Вырубают мангровые леса для домов и промышленности. Наш мусор — особенно пластик — забивает моря, создавая огромные «мусорные пятна», такие как Большой Тихоокеанский мусорный полигон. Сток удобрений с ферм превращает обширные участки океана в мертвые зоны, включая территорию размером с Нью-Джерси в Мексиканском заливе.

Изменение климата — термин, который сейчас используют ученые для описания глобального потепления и других тенденций, влияющих на планету в настоящее время из-за высоких выбросов парниковых газов [1] от человека, поразительно отражается в океанах.2018 год стал самым жарким годом для океанов за всю историю наблюдений, и более теплые воды привели к ряду последствий: от изменения цвета до повышения уровня моря и более частых сильных штормов. Углекислый газ, вызывающий парниковый эффект, также делает воду океана кислой, а приток пресной воды от тающих ледников угрожает изменить погодные течения: течения в Атлантическом океане за последние несколько десятилетий замедлились примерно на 15 процентов.

Сообщество ученых, исследователей и гражданских ученых продолжает изучать океан, надеясь, что больше информации откроет новые пути для сохранения.Например, для исследования подводных границ используются подводные дроны, а новые инструменты помогают ученым измерять и понимать то, что они находят. Узнайте больше об океанских угрозах и решениях здесь.

Новые карты разнообразия, распространения и изобилия океанской жизни

ДУРЭМ, Северная Каролина — Новая карта, разработанная исследователями Университета Дьюка в сотрудничестве с Census of Marine Life и National Geographic Maps, дает наиболее подробный обзор жизни в Мировом океане.

Двусторонняя карта размером с плакат, доступная в Интернете по адресу http://comlmaps.org/oceanlifemap, основана на данных международной переписи морской флоры и фауны за 10 лет, а также из других научных источников.

Он впервые публично представлен вместе с другими документами и результатами переписи на пресс-конференции сегодня (4 октября) в Лондоне, Великобритания, в Королевском институте Великобритании.

«

» На планирование, разработку и проектирование карты ушло более двух лет, и она включает новые данные, ранее не доступные ни в одном документе, — говорит Патрик Халпин, доцент кафедры морской геопространственной экологии в Школе окружающей среды имени Николая Герцога.

«Ценность этой карты в том, что она позволяет нам увидеть модели видового разнообразия и миграции в новом свете и дает более четкую картину биологической численности, которую очень трудно измерить», — говорит он. «Мы видим связи, которые раньше не могли быть задокументированы». Он надеется, что карта привлечет большее внимание общественности к переписи и ее открытиям.

Помимо прочего, на карте обозначены регионы с наибольшей в мире концентрацией морского биоразнообразия и изобилия; пути миграции основных хищников на большие расстояния; регионы, которые испытали наибольшее воздействие деятельности человека; а также расположение коралловых рифов, гидротермальных источников, выходов, подводных гор и других геологических объектов, которые действуют как «острова высокого разнообразия и изобилия», — говорит Халпин, чья команда из Лаборатории морской геопространственной экологии Герцога создала документ с участием руководителей переписи.

Каждая сторона карты с цветовой кодировкой иллюстрирует различный набор связанных тем или тем. На стороне, озаглавленной «Разнообразие, распространение, изобилие», основное изображение отслеживает дальние миграции 11 таксономических групп экологически важных хищников, включая акул, морских черепах, морских птиц и тунца. Панель меньшего размера отображает вертикальное движение в водной толще — то, как рыба и зоопланктон мигрируют вверх и вниз, от освещенных солнцем поверхностных вод до мутных глубин в ответ на изменение суточных и сезонных стимулов.

На стороне карты, озаглавленной «Прошлое, настоящее и будущее», основное изображение показывает, какие регионы Мирового океана являются домом для наибольшего биоразнообразия видов и которые испытали наибольшее антропогенное воздействие. Морские горячие точки появляются вокруг Филиппин, Японии, Китая, Индонезии, Австралии, Индии и Шри-Ланки, Южной Африки, Карибского бассейна и Мексиканского залива. Биоразнообразие и сильное антропогенное воздействие сталкиваются в прибрежных районах, таких как западная часть Тихого океана и Северная Атлантика.На карте меньшего размера показано изобилие обитателей морского дна в Мировом океане — количество животных, измеряемое в виде биомассы, обитающих в каждом регионе независимо от количества видов.

«В то время как наибольшее биоразнообразие наблюдается в теплых водах тропиков, наибольшее изобилие жизни проявляется в высоких широтах в полярных регионах», — говорит Халпин. «Итак, разнообразие и изобилие имеют почти противоположные тенденции».

Халпин и его команда, научные сотрудники Школы Николая Джесси Клири и Бен Доннелли, использовали технологию географических информационных систем, чтобы свести воедино ключевые выводы из множества переписей и связанных данных, заархивированных в Ocean Biogeographic Information System (http: // www.iobis.org), крупнейшая в мире общедоступная база данных морских видов. Имея более 2700 участников переписи и тысячи связанных публикаций, им пришлось сделать трудный выбор.

«Девяносто девять процентов данных переписи здесь отсутствуют, но представлены ключевые темы — что жизнь в океанах Земли богаче, более взаимосвязана и более изменена, чем ожидалось», — говорит Халпин.

Большинство данных, включенных в новую карту, было невозможно задокументировать 10 или 15 лет назад, объясняет он.Это стало возможным благодаря недавним достижениям в устройствах слежения за спутниковой телеметрией, сонарах, подводных камерах и микрофонах, автономных структурах мониторинга рифов, штрих-кодировании ДНК для идентификации видов и других технологиях.

The Census of Marine Life — это сеть исследователей из более чем 80 стран, которые участвовали в 10-летней научной инициативе по оценке и объяснению разнообразия, распространения и изобилия жизни в океанах.

Хэлпин, Клири и Доннелли входят в состав группы картографирования и визуализации переписи.Они присоединятся к другим участникам проекта на пресс-конференции 4 октября в Лондоне, а 5 октября сделают более подробную презентацию карты на симпозиуме в Королевском обществе в Лондоне. Основное финансирование картографического проекта поступило от Фонда Альфреда П. Слоана.

###

Примечание для СМИ: с Патриком Халпином, Джесси Клири и Беном Доннелли можно связаться для получения дополнительных комментариев по телефону (919) 943-0063 (сотовый) или [email protected], [email protected], orbendy @ duke.edu.

Распределение планктона и распространение океана

Сводка

Планктон — это небольшие организмы, обитающие в океанах, морях и пресных водоемах. В этом обзоре мы обсуждаем жизнь в планктоне, которая предполагает баланс между поведенческими возможностями организма и характеристиками и движением воды, которая его окружает. Чтобы учесть этот баланс, мы обсудим, как планктон взаимодействует с окружающей средой в различных масштабах — от мельчайших вирусов и бактерий до более крупного фитопланктона и зоопланктона.Мы обнаружили, что более крупномасштабные распределения планктона, наблюдаемые в прибрежных водах, вдоль континентальных шельфов и в океанских бассейнах, сильно зависят от более мелкомасштабных взаимодействий между индивидуальным организмом и его окружающей средой. Далее мы обсуждаем, как более крупномасштабное распространение организмов может повлиять на перенос и / или удержание планктона в океанской среде. Рассмотренное здесь исследование дает механистическое понимание того, как поведение организма в ответ на физическую среду производит планктонные скопления, которые оказывают прямое влияние на функционирование морских экосистем.

Введение

Пространственное распределение организмов в океане — от мельчайшего планктона до самых крупных хищников — определяется взаимодействием между поведением организмов и физической океанографической структурой и процессами. Относительная важность физических структур и процессов в управлении распределением организмов и, следовательно, рассредоточением, напрямую связана с плаванием и поведенческими способностями человека или вида. Хотя очевидно, что крупные хищники, такие как акулы, морские млекопитающие и крупные рыбы, могут относительно легко приспосабливаться к изменениям в своей жидкой среде, планктон не может.Жизнь в планктоне предполагает баланс между поведением и средой обитания организмов. Планктон состоит из вирусов, бактерий, фитопланктона, зоопланктона и пелагических личинок многих морских беспозвоночных и рыб. Эта группа демонстрирует широкий спектр поведенческих способностей, которые связывают переход от пассивной частицы к способности определять вертикальное и горизонтальное положение в океане (рис. 1). Этот видоспецифический переход часто происходит в масштабах, намного меньших, чем традиционно считается, из-за способности организмов реагировать на структуру и процессы океана.

В этой статье мы кратко рассмотрим физические характеристики и динамику океана с точки зрения организма. Затем мы рассматриваем известные масштабы взаимодействия между планктоном и физическими процессами и то, как эти взаимодействия приводят к наблюдаемым моделям в окружающей среде. Две специфические океанографические особенности — скопления на устойчивых фронтах океана и скопления в тонких подповерхностных слоях — используются в качестве примеров взаимодействия между поведением организмов и физической океанографической структурой и процессами.Затем мы описываем, как эти скопления влияют на распределение организмов, распространение в океане и, в некоторых случаях, на пополнение личинок. Наконец, мы обсуждаем связанные биологические и физические модели, используемые для описания этих взаимодействий, а также некоторые устойчивые особенности, которые мы наблюдаем в море.

Физика океана: взгляд на организм

Динамика океана очень изменчива и определяется множеством вынуждающих факторов, таких как солнечная инсоляция, ветры, приливы и приток пресной воды.Эта изменчивость воздействия приводит к развитию отдельных водных масс с разными гидрографическими свойствами как в вертикальном, так и в горизонтальном измерениях. Например, из-за этих вынуждающих факторов верхние слои океана обычно считаются более низкими по плотности, хорошо перемешанными и лишенными питательных веществ, необходимых для роста фитопланктона, в то время как глубоководные районы океана обычно считаются более плотными и богатыми питательными веществами. Между этими поверхностными и придонными водными массами существует граница, которая называется пикноклином (область быстрого изменения плотности).Поскольку плотность океана в значительной степени зависит от температуры и солености, градиенты температуры (термоклин) и солености (галоклин) часто совпадают с пикноклином. В общем, сила пикноклина увеличивается, а вертикальная протяженность пикноклина уменьшается по мере того, как человек перемещается из морской среды океана в прибрежную зону. В «голубых» морских регионах приток пресной воды невелик. В прибрежном океане не только может быть больше притока пресной воды, но и в этих регионах могут взаимодействовать поверхностный пограничный слой (который реагирует на воздействие ветра) и нижний пограничный слой (который реагирует на приливное воздействие).В горизонтальном масштабе океанические фронты развиваются там, где встречаются две пространственно разделенные водные массы с разными гидрографическими свойствами. Фронты часто характеризуются резкими горизонтальными изменениями (или градиентами) температуры, а также других свойств. Эти градиенты, пикноклин и океанские фронты, часто являются регионами, которые обеспечивают оптимальные условия роста для организмов, составляющих основу пищевой цепи — фитопланктона. Часто наблюдаются крутые градиенты скорости потока и даже обратные направления потока, связанные с фронтами и обрывами.Следовательно, эти области характеризуются повышенным сдвигом.

Рисунок 1.

Относительное влияние физики и поведения на распределение организмов в зависимости от отношения скорости плавания ( u _с ) к характеристической скорости ( u _с / U _{v, h} ), где U _{v, h} относятся к вертикальному и горизонтальному потоку соответственно. Группы организмов показаны в приблизительном расположении по всему континууму.

Предполагается, что сдвиг оказывает значительное влияние на пространственную структуру пятен планктона в океане. Сдвиг скорости (определяемый как изменение скорости потока от одной точки в океане к другой, деленное на расстояние между двумя точками) оказывает деформацию на скалярный участок в океане (Eckhart, 1948). Сдвиг вертикальной скорости, S (с единицами измерения с ^–1 ), определяется как: В этой формулировке и — горизонтальный поток, а — — вертикальный размер.В двумерном потоке с вертикальным изменением скорости (рис.2) участок планктона с начальными размерами (длиной) L _x по горизонтали и L _z по вертикали (рис. 2) транспортируется с различной скоростью, зависящей от глубины. Различия в переносе приводят к тому, что пятно деформируется из-за сдвига профиля скорости и наклоняется (Stacey et al., 2007). Следовательно, L _x растет со временем. Для обеспечения непрерывности (сохранения массы) потока требуется, чтобы пластырь был разбавлен вертикально, поскольку произведение L _x и L _z должно быть постоянным при отсутствии изменений плотности жидкости или перемешивания.Была выдвинута гипотеза, что широкие участки планктона могут быть истончены вертикальным сдвигом из-за струй течений, фронтальной динамики, внутренних волн или горизонтальных вторжений (Kullenberg, 1974; Franks, 1995; Stacey et al., 2007; Ryan et al., 2008). ). Большинство организмов, особенно те, что входят в планктон, не могут воспринимать крупномасштабную динамику океана. Однако градиенты свойств океана в масштабе метров можно использовать с помощью различных поведенческих реакций. Такое поведение, такое как поиск пищи и избегание, когда они являются общими для популяции, могут привести к определенным закономерностям в распределении на больших участках океана.В следующем разделе важные масштабы поведения организмов и плавательные способности обсуждаются в зависимости от размера организма, поскольку они переходят от пассивных частиц к способности определять свое вертикальное и горизонтальное положение в океане.

Рис. 2.

Набросок эффекта сдвига скорости на участке жидкости. В двумерном потоке с вертикальным изменением скорости участок планктона с начальными размерами L _x по горизонтали и L _z по вертикали перемещается с различной скоростью, зависящей от глубины.Перерисовано из Stacey et al. (Стейси и др., 2007).

Шкалы поведения организма

В микроскопическом масштабе над небольшими организмами (например, вирусами и бактериями) преобладают силы вязкости. Скорость плавания этих небольших организмов намного ниже скорости окружающей жидкости, и, следовательно, поведенческие движения мало влияют на их более крупномасштабные модели распределения. В этих случаях физические процессы и структура определяют наблюдаемые модели распределения. Для всех организмов в жидкой среде числа Рейнольдса ( Re ): где u _s — скорость плавания организма, L — длина организма и v — кинематическая вязкость, описывают относительную важность инерционной ( u _s L ) и вязкой ( v ) сил.Аналогичным образом характерные отношения скоростей: где U _{v, h} относится к вертикальному и горизонтальному потоку, соответственно, определяют способность организма плыть против потока. В упомянутых выше наименьших масштабах числа Рейнольдса и отношения скоростей обычно на порядки меньше единицы. Однако по мере увеличения размера и подвижности организма взаимодействие поведения организма с физическими процессами становится более сложным (рис. 1).

Даже при небольших масштабах фитопланктона взаимодействие между поведением и гидродинамикой начинает влиять на более масштабные модели распределения популяции.В этих случаях числа Рейнольдса и отношения характеристических скоростей по-прежнему меньше единицы. Например, вертикально плавающие динофлагелляты длиной менее 0,5 мм и постоянной скоростью плавания менее 0,5 мм / с ^–1 могут быть захвачены слоем повышенного сдвига путем гиротактического улавливания (Durham et al., 2009 г.). При гиротактическом захвате слабо отрицательно плавучий, вертикально плавающий организм с несимметричным центром масс может столкнуться с критической скоростью деформации, которая не позволяет организму поддерживать вертикальную ориентацию.Если эта критическая скорость деформации превышена, плавание приводит к спиралевидному паттерну и агрегации множества организмов. Даже если критическая скорость деформации не будет превышена, накопление фитопланктона в регионах с низким стоком (например, Stacey et al., 2007; Ryan et al., 2008) и медленная миграция динофлагеллат между световыми и питательными ресурсами могут привести к значительным изменениям в пространственная структура и вертикальное расположение всей популяции фитопланктона (Cheriton et al., 2009; Sullivan et al., 2010b). Например, в 2005 году группа океанографов, участвующих в Многослойной организации программы прибрежных океанов в северной части залива Монтерей, Калифорния, США, наблюдала вертикальное движение распределения всей популяции динофлагеллят. Высокоподвижный вид динофлагеллат Akashiwo sanguinea демонстрировал дневную картину вертикальной миграции с дневным распределением у поверхности, где уровень освещенности был достаточным для фотосинтеза, и ночным распределением в пикноклине, где уровни питательных веществ были увеличены по сравнению с поверхностью (Cheriton et al. al., 2009; Салливан и др., 2010b).

При подъеме на трофический уровень при размерах малого зоопланктона числа Рейнольдса и характерные шкалы скоростей являются переходными и имеют порядок, близкий к единице (0,1–10,0). Активное поведение этих организмов, такое как вертикальное движение для поддержания глубины и поиск пищи в вертикальном положении, может формировать скопления (Wolanski and Hamner, 1988; Turchin, 1991; Genin, 2004). Многие виды веслоногих ракообразных демонстрируют сложное иерархическое поведение при поиске пищи, включающее особые реакции на сдвиг скорости, градиенты плотности и пищевые ресурсы.Такая поведенческая иерархия предполагает, что кормление копепод связано с океанографическими механизмами, которые приводят к пятнистости планктона (Woodson et al., 2005; Woodson et al., 2007). Такое поведение предполагает, что веслоногие рачки могут использовать физические сигналы, чтобы идентифицировать регионы, где высока вероятность наличия ресурсов добычи. Однако сдвиг не вызывает пищевого поведения, и для стимулирования кормления требуются дополнительные сигналы (например, химический экссудат от фотосинтеза, наличие пищи и т. Д.) (Woodson et al., 2007).Собирательство может привести к скоплению на участках кормовых ресурсов (Menden-Deuer and Grunbaum, 2006; Woodson et al., 2007) и к перемещению в регионы с ограниченными потоками. Организмы, сохраняющие свое положение в регионах с ограниченным потоком, будут переноситься по горизонтали на более короткие расстояния, чем те организмы, которые находятся за пределами регионов с ограниченным потоком (McManus et al., 2005) (обзор Woodson and McManus, 2007).

Вертикальное характеристическое соотношение скоростей ( u _s / U _v ) для небольших зоопланктеров, включая личинок морских беспозвоночных, обычно равно единице или больше.Эти организмы могут активно плыть против вертикальных течений, чтобы сохранять свое положение вблизи сходящихся фронтов, распространяя внутренние приливные боры, внутри пикноклиналей или около дна (Forward and Tankersley, 2001; Pineda, 1999; Genin, 2004; Genin et al., 2005). Такое поведение может привести к агрегации и разным моделям распределения среди зоопланктона. Эта способность также позволяет зоопланктерам использовать потоки, связанные с приливами и другими периодическими движениями, для улучшения направленного переноса (Forward and Tankersley, 2001; Naylor, 2006).На способность сохранять вертикальное положение также будет влиять степень турбулентности в водной толще (McManus et al., 2003). В ходе исследования, проведенного в небольшом фьорде у побережья штата Вашингтон, исследователи наблюдали стойкие подземные скопления мизид (см. Раздел «Тонкие слои планктона»). Авторы предположили, что мизиды активно мигрировали в пикноклин, чтобы произвести эту агрегацию. Подземные скопления временно рассеялись только тогда, когда турбулентность усилилась вследствие прохождения солитонов (например,грамм. уединенные внутренние волны). Другими словами, агрегации сохранялись, когда скорости миграции мизид превышали вертикальные скорости, связанные с активным перемешиванием и турбулентностью, а скопления животных разрушались, когда вертикальное перемешивание превышало скорость миграции животных. Возмущение прохождением солитонов было временным, и скопления мизид преобразовались менее чем за час (McManus et al., 2003).

Для более крупных животных, живущих в больших пространственных масштабах, поведение может определять наблюдаемые закономерности в распределении организмов.Для этих организмов Re и отношения скоростей намного больше единицы. Большинство мелких рыб могут поддерживать скорость плавания в десятки см с ^–1 , за исключением очень ранних стадий пелагической жизни. Эти скорости на порядки величины превышают наблюдаемые устойчивые вертикальные скорости в океане (которые составляют порядка 1 мм / с ^–1 ), за редкими исключениями, наблюдаемыми во время периодических событий больших поверхностных волн, внутренних волн и интенсивных ветровых волн. турбулентность (например,грамм. D’Asaro et al., 2007). Для этих более крупных организмов поведение, варьирующееся от поиска пищи до избегания хищников, спаривания и миграции, является доминирующими факторами, влияющими на распределение популяций (рис. 1). Однако следует отметить, что реакция крупных организмов на добычу пищи на добычу более низкого трофического уровня связывает эти распределения с физикой океана, определяющей закономерности в меньших масштабах, важность и распространенность которых описаны в следующем разделе.

Тип и распространение в океане

Несмотря на огромную продуктивность, мировые океаны имеют относительно низкую добычу на большей части своей территории.Базовое масштабирование океанской среды предполагает, что хорошо перемешанная эвфотическая зона не могла поддерживать наблюдаемые высокие уровни производства (Mullin and Brooks, 1976). Ресурсы питательных веществ, от микроорганизмов до фитопланктона, будут слишком низкими для поддержания существенного роста. В увеличенных пространственных и временных масштабах, если бы свойства океана были однородными, мелкие пасущиеся организмы (например, веслоногие рачки, криль, сардины, анчоусы) не смогли бы удовлетворить потребности в энергии (Mullin and Brooks, 1976). Например, если бы океан был хорошо перемешан, отдельные объекты добычи для многих зоопланктона были бы на расстоянии порядка 10–100 см друг от друга без каких-либо сигналов для обнаружения дополнительных частиц жертвы при встрече с первоначальным объектом добычи.Отдельному веслоногому раку необходимо находить порядка 1000 единиц добычи каждый день только для удовлетворения энергетических потребностей. К счастью, для морских организмов (и рыбаков) океан сильно структурирован в результате основной гидродинамики, и именно эта структура в сочетании с поведением организмов определяет неоднородность как хищников, так и жертв (например, Wolanski and Hamner, 1988; Daro, 1988; Genin, 2004), что, в свою очередь, способствует высокой продуктивности морских экосистем.

В дополнение к высокому уровню неоднородности в нескольких масштабах в океане, пространственное масштабирование не является изотропным, поскольку вертикальные масштабы сильно сжаты по сравнению с горизонтальными масштабами.Эта асимметрия в пространственных масштабах связана с тем, что (1) океанические бассейны широкие и мелкие (например, с преобладающими масштабами ширины ~ 10 000 км и средней глубиной 4 км), (2) изменения плотности, вызванные колебаниями температуры и соленость может ограничивать вертикальное движение жидкости, и (3) фотосинтетически активное излучение (ФАР), то есть свет, который фотосинтезирующие организмы используют для роста, экспоненциально затухает от поверхности с глубиной. Следовательно, мозаичность и структура океана по вертикали порядка метров.Маленькие организмы в океане эволюционировали, чтобы использовать эту асимметрию, так что большинство зоопланктона и более мелких организмов добывают корм, используя вертикальные миграции, а более крупные организмы часто используют как вертикальный, так и горизонтальный поиск добычи и ресурсов. Структура океана, которая обеспечивает среду для биологической неоднородности, распространена как по вертикали, так и по горизонтали, несмотря на различия в пространственных масштабах. Это несоответствие просто означает, что организмы разного размера и поведенческих способностей по-разному используют вертикальную и горизонтальную структуру.Например, океанические фронты развиваются там, где встречаются две пространственно разделенные водные массы с разными гидрографическими свойствами. Эти области известны как биологические горячие точки для многих организмов более высокого трофического уровня. Мы расширим этот пример в следующем разделе.

Мы хотели бы подчеркнуть, что цель этой рукописи — передать идею о том, что пространственное распределение организмов в океане (от мельчайшего планктона до самых крупных хищников) определяется взаимодействием между поведением организмов и физической океанографической структурой и процессами.Мы обсуждаем два примера (тонкие слои и стойкие фронты), которые демонстрируют эти взаимодействия; однако существует множество других примеров, которые можно было бы использовать, например, океанические водовороты или скопления организмов на границе внутренних приливных каналов. Мы выбрали тонкие слои и устойчивые фронты в качестве примеров, потому что за последние два десятилетия мы сыграли решающую роль в открытии и количественной оценке этих характеристик.

Стойкие фасады

Фронты, общие черты всех морских экосистем от устьев рек до открытого океана, формируются множеством физических механизмов.На протяжении многих десятилетий научному сообществу известно, что такие разнообразные формы жизни, как фитопланктон, ракообразные, рыбы, морские млекопитающие и птицы, изменяют свое распространение в присутствии океанических фронтов (Pingree et al., 1975; Owen, 1981; Le Fevre, 1986. ). Однако только недавно было показано, что океанские фронты [которые ранее были связаны с пополнением личинок (Roughgarden et al., 1991; Wing et al., 1995)], когда «постоянный» может управлять моделями пополнения в больших пространственных масштабах с течением времени. масштабы почти десятилетия (Woodson et al., 2012). Устойчивые океанические фронты, которые обычны в регионах апвеллинга вблизи изменений топографии и батиметрии, могут иметь градиенты физических, химических и / или биологических свойств. Постоянство во времени ведет как к пассивному, так и к поведенческому накоплению организмов. Эти устойчивые океанические фронты играют важную роль в связности морских популяций и, в свою очередь, в пространственном распределении морских экосистем в целом.

Многие приливные и бентосные морские виды имеют планктонную фазу личинок, и популяции этих личинок сильно зависят от популяции этих личинок (Paine, 1966; Dayton, 1971; Caley et al., 1996; Коннолли и Рафгарден, 1998). Личинки выпускаются в воду, где они переносятся и рассеиваются океанографическими процессами. Затем личинки возвращаются во взрослую среду обитания после стадии планктона, которая может длиться от нескольких часов до нескольких месяцев в зависимости от вида и условий окружающей среды. Было показано, что конвергентные фронты, которые присутствуют во многих прибрежных водах, объединяют организмы, которые являются пассивными или обладают слабой плавательной способностью (например, фитопланктон). Из-за меньшего перемешивания, повышенного содержания питательных веществ и адекватного уровня освещенности фронты океана также могут быть регионами повышенного роста фитопланктона.Возникающая в результате повышенная биомасса фитопланктона на океанских фронтах может привести к активной агрегации более сильных плавающих организмов в поисках пищи [например, личинки, зоопланктон и более крупные хищники (Bjorkstedt et al., 2002; Genin, 2004; Genin et al., 2005; Landaeta, Castro, 2006; Woodson, McManus, 2007)]. Из-за увеличения пищевых ресурсов на океанских фронтах более сильные плавающие организмы проводят больше времени в поисках пищи в этих регионах, и в результате их относительные расстояния распространения могут быть сокращены (Woodson and McManus, 2007).

С использованием спутниковой температуры поверхности моря за 8 лет (рис. 3) и хлорофилла снимок (который является стандартным показателем концентрации фитопланктона) в дополнение к 8-летнему временному ряду данных пополнения как личинок усоногих, так и морских окуней из Программа партнерства для междисциплинарных исследований прибрежных океанов, Woodson et al. (Woodson et al., 2012) обнаружили, что прибрежные океанические фронты, которые сохраняли свое среднее пространственное положение в течение нескольких лет, коррелируют с регионами с высокой концентрацией хлорофилла, а также с увеличением пополнения беспозвоночных и видов рыб по всей крупной морской экосистеме Калифорнийского течения. (CCLME).CCLME расположен вдоль западного побережья США в восточной части Тихого океана. Он простирается между 32 ° и 46 ° с.ш. на расстояние 1810 км. Woodson et al. (Woodson et al., 2012) обнаружили положительную корреляцию между долгосрочным (8 лет) местонахождением устойчивых фронтов и пополнением личинок важных для построения сообщества и коммерчески важных видов. Новой частью этого исследования является возможность идентифицировать регионы с фронтами, которые повторяются в масштабах времени почти десятилетие, и связать эти особенности с расселением и пополнением планктона.Ранее такая долгосрочная оценка была невозможна. Обладая новыми знаниями о долгосрочном сохранении этих особенностей, в сочетании с нашим пониманием поведенческой реакции личинок (и других организмов) на эти особенности, мы можем лучше оценить характер распространения планктона и пополнение личинок в морская среда и устойчивость морских экосистем.

Рис. 3.

Вероятность фронта для района залива Монтерей за двухнедельный период в июне 2007 г., рассчитанная с использованием вероятностного метода, описанного в Woodson et al.(Woodson et al., 2012).

Тонкие слои планктона

Обычно имеется подповерхностная стратифицированная область (или пикноклин), замыкающая устьевые фронты, прибрежные фронты апвеллинга и фронты приливного смешения (шельф-море). В прибрежной морской среде планктонные организмы часто собираются под поверхностью в основании пикноклина вертикально тонкими слоями (рис. 4). Несмотря на ограниченную вертикальную протяженность (обычно <3 м), эти тонкие слои планктона могут сохраняться в морской среде в больших временных и горизонтальных пространственных масштабах и часто содержат концентрации организмов, на несколько порядков превышающие концентрации выше и ниже слоя (Sullivan et al. al., 2010а).

Ранее необнаруживаемые тонкие слои теперь можно наблюдать в результате достижений в методах и технологиях отбора проб с высоким разрешением. Результаты двух десятилетий исследований показывают, что тонкие слои планктона являются важнейшим компонентом динамики морской экосистемы. Тонкие слои планктона не являются необычными или редкими, они являются обычным явлением и могут быть обнаружены в самых разных средах (Bjornsen, Nielsen, 1991; Donaghay et al., 1992; Cowles and Desiderio, 1993; Dekshenieks et al., 2001; Cowles, 2003; Макманус и др., 2003; Макманус и др., 2005; Черитон и др., 2007; Макманус и др., 2008; Райан и др., 2008; Черитон и др., 2009; Райан и др., 2010). Было показано, что тонкие слои планктона содержат до 75% всей биомассы в водной толще (Holliday et al., 2010; Sullivan et al., 2010b). Таким образом, они могут быть сосредоточенными областями интенсивной биологической активности (Sullivan et al., 2010a).

Чтобы понять формирование, поддержание и рассеяние тонкого планктонного слоя, необходимо рассмотреть физические, химические и биологические механизмы, действующие согласованно на этот слой.Для формирования тонких слоев и их сохранения в морской среде дивергентные процессы, действующие на слой, не могут превышать сходящиеся (Osborn, 1998; McManus et al., 2003; Stacey et al., 2007). Конвергентные и расходящиеся процессы могут быть физическими или биологическими. Некоторые примеры конвергентных процессов — это напряжение сдвигом, а также активное плавание к физическим, химическим и / или биологическим градиентам со стороны как фитопланктона, так и зоопланктона. Некоторые примеры расходящихся процессов — турбулентное перемешивание и поведенческое движение в сторону от физических возмущений в толще воды.

Рис. 4.

Временные ряды данных с 21:30 26 августа до 06:00 27 августа 2005 г. (A) Уровень воды (м) от установленного на дне акустического доплеровского профилометра (ADCP), (B) a _p 440 (m ^–1 ), прокси для биомассы фитопланктона из 99 последовательных профилей (∼4 мин каждый) с профилометром высокого разрешения, (C) на восток ( U ) и (D) на север ( V ) скорость течения (^–1 мс), измеренная установленным на судне ADCP, а также измерения профилировщика с высоким разрешением (E) температуры (° C), (F) солености и (G) плотности (σ _т ; кг м ^–3 ).Сплошные черные линии обозначают верхнюю и нижнюю границы слоя a _p 440. Для B – G, y — это глубина (м). Перерисовано из Cheriton et al. (Черитон и др., 2009).

В 2005 году Стейнбак и его коллеги, работая в северной части залива Монтерей, исследовали тонкие подповерхностные слои динофлагеллят и мелкомасштабные физические процессы, связанные с этими слоями (Steinbuck et al., 2009). Они обнаружили, что во время формирования слоя требовалась высокая скорость плавания динофлагеллат, чтобы преодолеть турбулентное перемешивание и соответствовать наблюдаемому времени образования.Однако после формирования требовалась пониженная скорость плавания для поддержания пласта. Черитон и его коллеги отмечают, что эфемерные вертикальные смещения этих слоев, вызванные прохождением одиночных внутренних волн, могут иметь большее влияние на поддержание слоя, чем сдвиг из-за напряжения или плавания организма (Cheriton et al., 2009). Таким образом, чтобы модель точно описывала динамику тонких слоев в среде с внутренними волнами, необходимо также учитывать сходящиеся и расходящиеся эффекты вертикальных колебаний, вызванных внутренними волнами (Cheriton et al., 2009).

В исследовании, проведенном в небольшом фьорде у побережья штата Вашингтон, исследователи (McManus et al., 2003) наблюдали тонкие подповерхностные слои мезозоопланктона. Эти исследователи предположили, что биологический механизм, связанный с миграционным поведением, привел мизид к пикноклину, где также были расположены плотные тонкие слои фитопланктона. Исследователи заметили, что слои мезозоопланктона временно рассредоточились только тогда, когда уровни турбулентности превышали скорость вертикальной миграции во время прохождения одиночных внутренних волн (McManus et al., 2003). Было показано, что эти мелкомасштабные структуры изменяют поведение животных. Такое изменение поведения и положения, в свою очередь, влияет на функционирование морских экосистем.

В другом исследовании, проведенном в заливе Монтерей в 2006 г., Бенуа-Берд обнаружил, что рыба (тихоокеанская сардина Sardinops sagax и северный анчоус Engraulis mordax ) привлекалась тонкими слоями зоопланктона (Benoit-Bird, 2009). Было показано, что рыбы проводят значительно больше времени в слоях зоопланктона, изменяя свое обычное поведение при наличии тонких слоев зоопланктона.Следы отдельных рыб показали, что они ныряли через слой зоопланктона, прежде чем медленно подняться вверх через слой. Восходящая часть этого поведения соответствовала резкому снижению интенсивности акустического рассеяния (показатель плотности зоопланктона), что привело к появлению в слое «дыр», которые преобразовались через несколько минут после ухода рыбы (Benoit-Bird, 2009). ). Был сделан вывод, что тонкие слои могут иметь значительные экологические последствия по всей пищевой цепочке.По мере увеличения размеров организмов поведение организма становится все более важным для динамики тонких слоев.

В то время как Бенуа-Берд (Benoit-Bird, 2009) обсуждает временное разрушение тонких слоев зоопланктона отдельными перемещениями хищных рыб, она отмечает, что эти тонкие слои со временем стали устойчивыми по отношению к очевидным кормящим рыбам. Однако, следуя работе Хантли и Чжоу (Huntley and Zhou, 2004), следует учитывать, что большие косяки рыб могут обладать способностью создавать достаточно турбулентности, чтобы смешивать эти слоистые структуры.Хантли и Чжоу проанализировали данные о гидродинамике плавания 100 морских видов различных размеров от бактерий до синих китов (Huntley and Zhou, 2004). Они пришли к выводу, что турбулентная диссипация энергии в присутствии стайных животных может быть на три-четыре порядка больше, чем фоновая средняя скорость диссипации турбулентной энергии. Проводить одновременные наблюдения за турбулентностью и распределением организмов в полевых условиях довольно сложно (см. Katija, 2012). После теоретического рассмотрения предмета Хантли и Чжоу (Huntley and Zhou, 2004), Kunze et al.(Kunze et al., 2006) и Katija (Katija, 2012) представляют доказательства того, что вертикально мигрирующие организмы могут усиливать турбулентное перемешивание в толще воды. Это может быть важным источником мелкомасштабного турбулентного перемешивания в океане. Это может быть ключевым механизмом, с помощью которого питательные вещества периодически переносятся через пикноклин сильно стратифицированных систем, обеспечивая тем самым топливо для более низких трофических уровней, которые необходимы стайным рыбам для пропитания (Kunze et al., 2006).

В наиболее обширном доступном исследовании, тонкие слои планктона были идентифицированы на 2000 км из более чем 80 000 км данных LIDAR, собранных по воздуху в различных океанических и прибрежных водах.Характеристики тонких слоев менялись на этом огромном пространственном пространстве. Многие из наблюдаемых слоев представляли собой автономные объекты, которые всегда составляли менее 3–4 м по вертикали и 1–12 км по горизонтали. Другие тонкие слои были частями гораздо более пространственно расширяющихся слоев, которые имели области, в которых слой становился толще, и, таким образом, больше не классически определялись как «тонкие слои» (Churnside and Donaghay, 2009). Обследованные районы включали районы апвеллинга, районы со значительным притоком пресной воды и горячими центральными океанскими водоворотами.

Перенос организмов по фронтам и стенам

В исследовании 2002 года в северной части залива Монтерей исследователи (McManus et al., 2005) обнаружили, что слои зоопланктона — скорее всего, состоящие из одного вида криля, Thysanoessa spinifera — были расположены у основания пикноклина либо в пределах в неподвижном слое или в областях с низкими скоростями течений (<6 см с ^–1 ). Эти организмы являются активными пловцами и, скорее всего, были связаны с пикноклином из-за повышенной плотности фитопланктона в этом регионе.Поскольку большинство этих организмов было расположено в областях водяного столба с низкими скоростями течения, такое вертикальное расположение может привести к уменьшению горизонтального расстояния распространения этих организмов в пределах данной системы. Пример пространственного совпадения тонких слоев и изменения направления горизонтальной скорости течения приведен на рис. 5.

Рис. 5.

Пример пространственного совпадения тонких слоев и изменений направления горизонтальной скорости течения в северной части залива Монтерей 6 сентября 2003 г. в 21:00.Профили скорости представлены в виде векторов; Вертикальные диапазоны тонких слоев показаны заштрихованными полосами. Перерисовано из Ryan et al. (Райан и др., 2008).

После всестороннего обзора опубликованной литературы мы (Woodson and McManus, 2007) представили мета-анализ расстояний горизонтального распространения, полученный на основе 59 исторических океанографических исследований, которые одновременно задокументировали океанографические условия и распределений организмов in situ и . Из 59 исследований, которые соответствовали критериям поиска, 78% сообщили об скоплениях организмов, которые были связаны с фронтами или клинами (например,грамм. пикноклин, термоклин, галоклин). Эти ассоциации были последовательными на многих трофических уровнях, от фитопланктона до китов.

Несмотря на наличие фронтальных струй, связанных с фронтальными особенностями, биологическое накопление часто сосредоточено в или около области пониженного потока, где высокий горизонтальный сдвиг является результатом изменений направления потока. В некоторых случаях, например, на фронтах разлома шельфа, это состояние распространяется на морское дно и, таким образом, действует как барьер для морского транспорта через толщу воды (обзор Woodson and McManus, 2007).Связь с такими регионами с низкой скоростью потока снижает перенос и рассредоточение популяций планктона.

Изменение направления потока на фронтах и ​​скалах повсеместно встречается в прибрежных системах по всему миру (Mann and Lazier, 2006). Поскольку потоки в этих регионах реверсирования часто сокращаются, расстояния распространения личинок и зоопланктона в этих регионах могут быть на сотни километров меньше, чем многие современные оценки распространения (Woodson and McManus, 2007). Эта закономерность характерна для нескольких таксономических групп зоопланктона, включая веслоногих ракообразных (слабые пловцы), криля (относительно сильные пловцы), личинок беспозвоночных и личинок рыб.Уменьшение транспорта означает, что отдельные группы населения могут быть более изолированными, чем это принято в настоящее время, и что модели расселения и взаимосвязанности могут быть сильно структурированными.

Моделирование распределения планктона и распространения в океане

Было установлено, что морские организмы самых разных масштабов, от микроскопического планктона до хищников более высокого уровня, расположены в районах океана с сильными физическими градиентами. Это одновременное биологическое и физическое распределение имеет огромное значение для физиологического состояния морских организмов, а также для распространения в океане.

Из-за их размера и продолжительности жизни можно отслеживать более крупных хищников. Например, логгерхедовые черепахи с метками спутникового слежения Argos отслеживались, когда они путешествовали вдоль всего бассейна фронта хлорофилла — фронта хлорофилла переходной зоны, который расположен на границе между субтропическим круговоротом с низким содержанием хлорофилла и субарктическим круговоротом с высоким содержанием хлорофилла (Polovina и др., 2001). Благодаря способности отслеживать этих животных и определять местонахождение фронта хлорофилла переходной зоны с помощью спутникового дистанционного зондирования, теперь мы понимаем, что высшие хищники используют эту особенность в качестве пути миграции через северную часть Тихого океана (Polovina et al., 2001).

Для микроскопического планктона, такого как личинки, задача отслеживания распространения в океане намного сложнее. Сочетание биологических и физических океанографических моделей обеспечивает единый набор инструментов, которые все чаще используются для прогнозирования характера расселения личинок (Cowen and Sponaugle, 2009; Metaxas and Saunders, 2009). Физические океанографические модели рассчитывают движение воды и физические характеристики в рамках сетки исследования. Биологические модели различной сложности пытаются имитировать процессы, происходящие в течение жизни личинок.Результаты объединенных биологических и физических численных моделей показывают, что продолжительность пелагических личинок, их поведение и смертность личинок оказывают явное влияние на распределение и характер расселения личинок (Dekshenieks et al., 1996; Dekshenieks et al., 1997; Paris and Cowen, 2004; Pfeiffer -Herbert et al., 2007; North et al., 2008).

Поскольку продолжительность пелагических личинок зависит от факторов окружающей среды, были разработаны видоспецифичные модели, в которых скорость роста личинок зависит от факторов окружающей среды (Dekshenieks et al., 1993). Факторы окружающей среды, которые, как было показано, влияют на скорость роста определенных видов в лаборатории, включают (но не ограничиваются ими) температуру и концентрацию пищи (Дэвис, 1958; Дэвис и Калабрез, 1964; Хантингтон и Миллер, 1989; Олсон и Олсон, 1989; Печеник, 1987; Scheltema, Williams, 1982). Результаты модели показывают, что продолжительность пребывания личинок в толще воды может влиять как на расселение, так и на характер расселения (Siegel et al., 2003).

Важнейшим компонентом, которым часто пренебрегают в связанных биологических и физических океанографических моделях, является поведение личинок.Хотя многие личинки не способны плавать против горизонтального течения, они могут плавать вертикально (Милейковский, 1973; Mann, 1986). Возможность изменения глубины позволяет личинкам перемещаться в разные слои водной толщи, где направление течения может значительно отличаться. Наблюдения за поведением личинок в лаборатории и наблюдения за онтогенетическим положением в поле использовались для параметризации компонентов поведения для биологических моделей (Dekshenieks et al., 1996; Pfeiffer-Herbert et al., 2007). Сочетание биологических и физических численных моделей, включая поведение личинок, показывает, что поведение существенно меняет траектории расселения личинок (Rothlisberg, 1983) и, в конечном итоге, связность популяций (Paris et al., 2007). Если личинки располагаются внутри фронтов и клин, весьма вероятно, что расстояние их распространения будет намного короче, чем предполагалось, основываясь только на пелагической продолжительности личинок (обзор Woodson and McManus, 2007).

Относительная важность различных факторов, вызывающих гибель личинок (например,грамм. хищничество, голод, физиологический стресс) неизвестны (Morgan, 1995). В модельных исследованиях смертность часто упоминается как «закрывающий термин» (Steele, 1976; Steele and Henderson, 1992). Декшениекс и его коллеги разработали численную модель для оценки влияния различных форм хищничества, зависящего от размера и глубины, на выживаемость личинок (Dekshenieks et al., 1997). Было проведено три моделирования, в которых проверялось различное хищничество в зависимости от размера личинок. В первом моделировании давление хищников уменьшалось с увеличением размера личинок.Во втором моделировании давление хищников увеличивалось с увеличением размера личинок. В третьем моделировании давление хищников было постоянным для всех размеров личинок. Первое моделирование показало самую высокую выживаемость, когда давление хищников уменьшалось с увеличением размера личинок. Дополнительное моделирование показало, что взаимодействие между вертикальной миграцией и хищниками определило процент когорты, дожившей до размера поселения. Результаты этого исследования моделирования подтверждают утверждение Ландри (Landry, 1976) и Стила и его коллег (Steele, 1976; Steele and Henderson, 1992) о том, что форма термина смертности, используемого в моделях, имеет решающее значение для определения точности смоделированные распределения.

Хотя для расчета расселения личинок все чаще используются совмещенные биологические и физические океанографические модели, у этого подхода есть недостатки. Во-первых, многие физические модели недооценивают характеристики потока воды, которые важны для динамики сообщества. Из-за больших горизонтальных и / или вертикальных размеров сетки, а в некоторых случаях из-за длительного усреднения, многие модели физической циркуляции недооценивают такие особенности, как прибрежные устойчивые фронты, вертикальная стратификация и внутренние приливные боры.Это прискорбно, потому что такие особенности, как устойчивые фронты, вертикальная стратификация и внутренние приливные боры, были связаны с переносом и пополнением личинок в наблюдательных исследованиях (Pineda, 1999; McManus et al., 2005; Woodson et al., 2012). Кроме того, поскольку физические потоки становятся нелинейными вблизи берега, многие модели физической циркуляции не распространяются на внутренний шельф и прибрежные районы. Таким образом, процессы, которые могут привести к переносу личинок с береговой линии на 1-2 км от берега (и обратно), не включены во многие исследования по моделированию.Во-вторых, биологические компоненты этих связанных моделей редко включают в себя видоспецифическое поведение организмов, которое вносит свой вклад в паттерны распределения. Это может произойти по разным причинам. В качестве одного примера — многие модели бассейновых процессов производят среднесуточный выпуск. Эти модели не могут разрешить более частые процессы, такие как дневная миграция или поведение при поиске пищи. Другая причина того, что эти связанные модели редко включают видоспецифичное поведение организмов, заключается в том, что поведение просто неизвестно.Научное сообщество должно приложить усилия, чтобы понять и количественно оценить это поведение, когда это возможно. Ведь без этих возможностей рассчитанные закономерности расселения личинок могут быть неверными. Важно помнить, что это повторяющийся процесс, который требует постоянных дискуссий между экологами, океанографами и разработчиками моделей. С каждым новым исследованием наше научное сообщество на шаг приближается к ответу (Galindo et al., 2010).

Обзор и выводы

В этой статье мы подчеркнули, как устойчивые мезомасштабные и мелкомасштабные физические структуры в океане в сочетании с пассивными и активными реакциями организмов приводят к устойчивым структурам в морских популяциях (Dekshenieks et al., 2001; Вудсон и Макманус, 2007; Салливан и др., 2010а; Woodson et al., 2012).

Океан сильно структурирован в результате основной гидродинамики, как по горизонтали, так и по вертикали — эта структура наиболее выражена в прибрежных водах. Например, в горизонтальной плоскости, когда встречаются две водные массы с разными гидрографическими свойствами, высока вероятность того, что одна из них встретит фронт океана. Из-за пониженного перемешивания, повышенного содержания питательных веществ и адекватного уровня освещенности в этих областях океанические фронты могут быть регионами усиленного роста фитопланктона.Возникающая в результате повышенная биомасса фитопланктона на фронтах океана может привести к активной агрегации более сильных плавающих организмов в поисках пищи (Bjorkstedt et al., 2002; Genin, 2004; Genin et al., 2005; Landaeta and Castro, 2006). В качестве второго примера часто бывает вертикально стратифицированная область (например, пикноклин), замыкающая многие типы фронтов. Эти области, которые также обеспечивают оптимальные условия для роста фитопланктона, могут быть областями повышенной биомассы фитопланктона в результате как пассивных, так и активных реакций организма (Pingree et al., 1975; Салливан и др., 2010а). Более сильные плавающие организмы, такие как зоопланктон, проводят больше времени в поисках пищи в этих регионах с повышенной биомассой фитопланктона. В обоих примерах это сочетание физических процессов, а также пассивных и активных биологических реакций, которые создают структурированные планктонные популяции (Sullivan et al., 2010a; Sullivan et al., 2010b). Более крупные хищники реагируют на скопления планктона на фронтах и ​​скалах, создавая биологические горячие точки (Owen, 1981; Polovina et al., 2001; Вудсон и Макманус, 2007; Бенуа-Берд, 2009).

Изменение направления потока на фронтах и ​​скалах повсеместно встречается в прибрежных системах по всему миру (Mann and Lazier, 2006). Поскольку потоки в этих регионах реверсирования часто сокращаются, расстояния распространения личинок и зоопланктона в этих регионах могут быть на сотни километров меньше, чем многие современные оценки распространения (Woodson and McManus, 2007). Снижение транспорта подразумевает, что отдельные популяции могут быть более изолированными, чем считается в настоящее время, или что модели расселения и взаимосвязанности могут быть сильно структурированными (Woodson et al., 2012). Благодаря этому исследованию у нас теперь есть механистическое понимание того, как поведение организма в ответ на физическую среду производит мелкомасштабные и мезомасштабные планктонные скопления, которые имеют прямое влияние на способ функционирования морских экосистем.

Это механистическое понимание может быть применено к связанным биологически-физическим океанографическим моделям, которые представляют собой один набор инструментов, которые все чаще используются для прогнозирования закономерностей распространения личинок. Важнейшим компонентом, необходимым для более точного прогнозирования характера расселения личинок, является поведение личинок (Галиндо и др., 2010). Хотя многие личинки не способны плавать против горизонтального течения, они могут плавать в вертикальном (Милейковский, 1973; Mann, 1986). Возможность изменять глубину по вертикали позволяет личинкам перемещаться в разные слои водной толщи, где направление течения может значительно отличаться. Сочетание биологических и физических численных моделей, включая поведение личинок, показывает, что поведение существенно меняет траектории расселения личинок (Rothlisberg, 1983) и, в конечном итоге, связность популяций (Paris et al., 2007).

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Росс Тиммерман и Джефф Севаджян, а также двух чрезвычайно полезных внешних рецензентов за их вклад в эту рукопись. Дополнительная благодарность Марку Денни и Микаэле Хендель за участие в наводящем на размышления и успешном симпозиуме.

СНОСКИ

• Финансирование

  Эта работа была поддержана программой «Партнерство по междисциплинарным исследованиям прибрежных океанов», которая финансируется Фондом Дэвида и Люсиль Паккард и Фондом Гордона и Бетти Мур [М.ЯВЛЯЮСЬ. и C.B.W.]; Центр океанских решений, также финансируемый Фондом Дэвида и Люсиль Паккард [в адрес C.B.W.]; и Многоуровневая организация в прибрежной программе океана, которая финансировалась Управлением военно-морских исследований [в M.A.M].

Разнообразие жизни | Обсерватория Мирового океана

Принцип № 5:

Океан поддерживает большое разнообразие жизни и экосистем

A. Океанская жизнь варьируется от мельчайших живых существ, микробов, до самого большого животного на Земле, синих китов.

B. Большинство организмов и биомассы в океане — это микробы, которые составляют основу всех пищевых сетей океана. Микробы — самые важные первичные продуценты в океане. У них чрезвычайно высокие темпы роста и продолжительность жизни
цикла, и они производят огромное количество углерода и кислорода на Земле.

C. Большинство основных групп, существующих на Земле, обитают исключительно в океане, а разнообразие основных групп организмов гораздо больше в океане, чем на суше.

Д.Биология океана дает множество уникальных примеров жизненных циклов, адаптаций и важных взаимоотношений между организмами (симбиоз, динамика хищник-жертва и передача энергии), которые не происходят на суше.

E. Океан представляет собой обширное жизненное пространство с разнообразными и уникальными экосистемами от поверхности через толщу воды и до морского дна и ниже. Большая часть жизненного пространства на Земле находится в океане.

F. Экосистемы океана определяются факторами окружающей среды и сообществом живущих в них организмов.Океанская жизнь неравномерно распределена во времени или пространстве из-за различий в абиотических факторах, таких как кислород, соленость, температура, pH, свет, питательные вещества, давление, субстрат и циркуляция. Несколько областей океана поддерживают самую многочисленную жизнь на Земле, в то время как большая часть океана не поддерживает много жизни.

G. Существуют глубокие океанические экосистемы, которые не зависят от энергии солнечного света и фотосинтезирующих организмов. Гидротермальные источники, подводные горячие источники и холодные выходы метана полагаются только на химическую энергию и хемосинтезирующие организмы для поддержания жизни.

H. Приливы, волны, хищники, субстрат и / или другие факторы вызывают структуру вертикальной зональности вдоль побережья; плотность, давление и уровни освещенности вызывают модели вертикального зонирования в открытом океане. Схема зонирования влияет на распространение и разнообразие
организмов.

I. Эстуарии являются важными и продуктивными рассадниками многих морских и водных видов.

<Подробнее>

Далее: Принцип № 6: Люди и океан

.