Głębokie morze - Deep sea

Film zobacz Deep Sea 3D .
Strefy głębinowe

Głębinowe lub głęboka warstwa jest najniższa warstwa w oceanie , istniejący pod termoklinę i nad dnem morskim , na głębokości 1000 sążni (1800 m) lub więcej. Do tej części oceanu przenika niewiele lub wcale światła, a większość żyjących tam organizmów utrzymuje się z opadającej materii organicznej wytwarzanej w strefie fotycznej . Z tego powodu naukowcy kiedyś zakładali, że życie w głębinach będzie rzadkie, ale praktycznie każda sonda wykazała, że ​​w głębi oceanu życie jest obfite.

W 1960 r. Bathyscaphe Trieste zszedł na dno Rowu Mariańskiego w pobliżu Guam na wysokości 10 911 m (35 797 stóp; 6 780 mil), najgłębszego znanego miejsca w oceanie. Gdyby Mount Everest (8848 metrów) był tam zanurzony, jego szczyt znajdowałby się ponad milę pod powierzchnią. Po wycofaniu Triestu , japoński zdalnie sterowany pojazd (ROV) Kaikō był jedynym statkiem zdolnym do osiągnięcia tej głębokości, dopóki nie zatonął na morzu w 2003 roku. W maju i czerwcu 2009 roku, hybrydowy ROV (HROV) Nereus powrócił do Głębia Challengera dla serii trzech nurkowań na głębokościach większych niż 10,900 metrów.

Sugeruje się, że o Księżycu wiadomo więcej niż o najgłębszych częściach oceanu. Zakładano, że życie na głębokim dnie oceanu opiera się wyłącznie na spadającej materii organicznej, a zatem ostatecznie na słońcu, jako źródła energii, aż do odkrycia pod koniec lat 70. dobrze prosperujących kolonii krewetek i innych organizmów wokół kominów hydrotermalnych . Nowe odkrycia ujawniły grupy stworzeń, które pozyskiwały składniki odżywcze i energię bezpośrednio ze źródeł termicznych i reakcji chemicznych związanych ze zmianami w złożach mineralnych. Organizmy te rozwijają się w całkowicie pozbawionych światła i beztlenowych środowiskach w silnie zasolonej wodzie, która może osiągnąć 300 ° F (150 ° C), żywiąc się siarkowodorem , który jest wysoce toksyczny dla prawie wszystkich organizmów lądowych. Rewolucyjne odkrycie, że życie może istnieć w tych ekstremalnych warunkach, zmieniło opinie na temat szans na istnienie życia w innych miejscach we wszechświecie. Naukowcy spekulują, że Europa , jeden z Jowisza księżyce „s, może być w stanie obsługiwać życie pod jego powierzchnią lodowaty, gdzie istnieją dowody globalnego oceanu płynnej wody.

Charakterystyka środowiskowa

Lekki

Światło naturalne nie przenika do głębin oceanicznych, z wyjątkiem górnych partii mezopelagicznych . Ponieważ fotosynteza nie jest możliwa, rośliny i fitoplankton nie mogą żyć w tej strefie, a ponieważ są one głównymi producentami prawie wszystkich ekosystemów Ziemi, życie w tym obszarze oceanu musi być uzależnione od źródeł energii z innych źródeł. Z wyjątkiem obszarów w pobliżu kominów hydrotermalnych, energia ta pochodzi z materiału organicznego spływającego w dół ze strefy fotycznej . Tonący materiał organiczny składa się z cząstek alg, detrytusu i innych form odpadów biologicznych, które są zbiorczo określane jako śnieg morski .

Nacisk

Ponieważ ciśnienie w oceanie wzrasta o około 1 atmosfery na każde 10 metrów głębokości, ciśnienie odczuwane przez wiele organizmów morskich jest ekstremalne. Do ostatnich lat społeczności naukowej brakowało szczegółowych informacji o skutkach presji na większość organizmów głębinowych, ponieważ napotkane okazy docierały na powierzchnię martwe lub umierające i nie można ich było zaobserwować przy presji, w której żyły. Wraz z pojawieniem się pułapek, które zawierają specjalną komorę utrzymującą ciśnienie, nieuszkodzone większe zwierzęta metazoan zostały wyłowione z głębin morskich w dobrym stanie.

Zasolenie

Zasolenie jest niezwykle stałe na całym pełnym morzu i wynosi około 35 części na tysiąc. Istnieją pewne niewielkie różnice w zasoleniu, ale żadne z nich nie mają znaczenia ekologicznego, z wyjątkiem Morza Śródziemnego i Morza Czerwonego.

Temperatura

Termoklina tropikalnego oceanu.

Dwa obszary o największym gradiencie temperatury w oceanach to strefa przejściowa między wodami powierzchniowymi i głębokimi, termoklina oraz przejście między dnem głębinowym a przepływami gorącej wody w kominach hydrotermalnych. Termokliny różnią się grubością od kilkuset metrów do prawie tysiąca metrów. Poniżej termokliny masa wody głębin oceanicznych jest zimna i znacznie bardziej jednorodna . Termokliny są najsilniejsze w tropikach, gdzie temperatura strefy epipelagicznej zwykle przekracza 20°C. Od podstawy epipelagii temperatura spada na kilkaset metrów do 5 lub 6 °C na 1000 metrów. Nadal spada do dna, ale tempo jest znacznie wolniejsze. Zimna woda pochodzi z zatapiania się ciężkich wód powierzchniowych w rejonach polarnych .

Na każdej głębokości temperatura praktycznie nie zmienia się przez długi czas, bez zmian sezonowych iz bardzo małą zmiennością międzyroczną. Żadne inne siedlisko na ziemi nie ma tak stałej temperatury.

W kominach hydrotermalnych temperatura wody wypływającej z kominów „czarnego wędzarni” może wynosić nawet 400 °C (jest powstrzymywana przed wrzeniem dzięki wysokiemu ciśnieniu hydrostatycznemu), podczas gdy w promieniu kilku metrów może spaść z powrotem do 2 do 4°C.

Biologia

Główny artykuł: społeczność głębinowa

Regiony poniżej epipelagii są podzielone na dalsze strefy, zaczynając od mezopelagii, która rozciąga się od 200 do 1000 metrów poniżej poziomu morza, gdzie przenika tak mało światła, że pierwotna produkcja staje się niemożliwa. Poniżej tej strefy zaczyna się głębokie morze składające się z afotycznej batypelagicznej , abisopelagicznej i hadopelagicznej . Żywność składa się z opadającej materii organicznej znanej jako „ śnieg morski ” i tusz pochodzących z wyżej położonej strefy produkcyjnej, a jej rozkład przestrzenny i czasowy jest ograniczony.

Zamiast polegać na gazie w celu uzyskania wyporu, wiele gatunków głębinowych ma galaretowaty miąższ składający się głównie z glikozaminoglikanów , co zapewnia im bardzo niską gęstość. Wśród kałamarnic głębinowych powszechne jest również łączenie galaretowatej tkanki z komorą flotacyjną wypełnioną płynem celomicznym złożonym z chlorku amonu, produktu przemiany materii , który jest lżejszy od otaczającej wody.

Ryby głębinowe mają specjalne przystosowania do radzenia sobie z tymi warunkami — są małe, zwykle mają mniej niż 25 centymetrów (10 cali); mają powolny metabolizm i niespecjalistyczne diety, wolą siedzieć i czekać na jedzenie, niż marnować energię na jego poszukiwanie. Mają wydłużone ciała o słabych, wodnistych mięśniach i strukturach szkieletowych . Często mają wysuwane, zawiasowe szczęki z zakrzywionymi zębami. Ze względu na rzadką dystrybucję i brak światła, znalezienie partnera do rozmnażania jest trudne, a wiele organizmów jest hermafrodytami .

Ponieważ światło jest tak ograniczone, ryby często mają większe niż zwykle, cylindryczne oczy, w których znajdują się tylko pręciki . Ich pole widzenia skierowane ku górze pozwala im szukać sylwetki możliwej ofiary. Ryby drapieżne mają jednak również przystosowania do radzenia sobie z drapieżnikami . Adaptacje te dotyczą głównie redukcji sylwetek, formy kamuflażu . Dwie główne metody, dzięki którym osiąga się to, to redukcja obszaru ich cienia poprzez boczne uciskanie ciała i przeciwdziałanie oświetleniu poprzez bioluminescencję . Osiąga się to poprzez wytwarzanie światła z fotoforów brzusznych , które mają tendencję do wytwarzania takiego natężenia światła, że ​​spód ryby wygląda podobnie do światła tła. Aby uzyskać bardziej czułe widzenie w słabym świetle , niektóre ryby mają retroreflektor za siatkówką . Ryby latarki mają to plus fotofory , których kombinację wykorzystują do wykrywania połysku oczu u innych ryb (patrz tapetum lucidum ).

Organizmy w głębinach morskich są prawie całkowicie zależne od zatapiania żywej i martwej materii organicznej, która spada z wysokości około 100 metrów dziennie. Ponadto tylko około 1 do 3% produkcji z powierzchni dociera do dna morskiego, głównie w postaci śniegu morskiego. Zdarzają się również większe spadki pokarmu, takie jak padliny wielorybów , a badania wykazały, że mogą się one zdarzać częściej niż się obecnie uważa. Istnieje wiele padlinożerców, które żywią się głównie lub w całości dużymi spadkami pożywienia, a odległość między padliną wielorybów szacuje się na zaledwie 8 kilometrów. Ponadto istnieje wiele podajników filtrujących, które żywią się cząstkami organicznymi za pomocą macek, takich jak Freyella elegans .

Bakteriofagi morskie odgrywają ważną rolę w obiegu składników odżywczych w osadach głębinowych. Są one bardzo obfite (od 5 x 10 : 12 : 1 x 10 13 fagów na metr kwadratowy) w osadach na całym świecie.

Pomimo tego, że są tak odizolowane, organizmy głębinowe nadal są uszkadzane w wyniku interakcji człowieka z oceanami. Konwencja Londyn ma na celu ochronę środowiska morskiego z zatapianie odpadów takich jak osadów ściekowych i odpadów radioaktywnych . Badanie wykazało, że w jednym regionie w latach 2007–2011 nastąpił spadek liczby koralowców głębinowych, który przypisuje się globalnemu ociepleniu i zakwaszeniu oceanów, a bioróżnorodność szacuje się na najniższy od 58 lat. Zakwaszanie oceanów jest szczególnie szkodliwe dla koralowców głębinowych, ponieważ są one zbudowane z aragonitu, łatwo rozpuszczalnego węglanu, oraz dlatego, że ich wzrost jest szczególnie powolny, a ich regeneracja zajmie lata. Trałowanie głębinowe szkodzi również bioróżnorodności, niszcząc siedliska głębinowe, które mogą powstawać latami. Inną działalnością człowieka, która zmieniła biologię głębin morskich, jest górnictwo. Jedno z badań wykazało, że w jednym miejscu wydobycia populacje ryb zmniejszyły się po sześciu miesiącach i po trzech latach, a po dwudziestu sześciu latach populacje powróciły do ​​tych samych poziomów, co przed wystąpieniem zaburzeń.

Chemosynteza

Istnieje wiele gatunków, które nie polegają przede wszystkim na rozpuszczonej materii organicznej jako pokarmu i można je znaleźć w kominach hydrotermalnych . Jednym z przykładów jest symbiotyczny związek między rurkowatym Riftia a bakteriami chemosyntetycznymi. To właśnie ta chemosynteza wspiera złożone społeczności, które można znaleźć wokół kominów hydrotermalnych. Te złożone społeczności są jednym z niewielu ekosystemów na planecie, które nie są zależne od światła słonecznego jako źródła energii.

Adaptacja do ciśnienia hydrostatycznego

Ryby głębinowe mają różne adaptacje białek, struktury anatomiczne i systemy metaboliczne, aby przetrwać w głębinach, gdzie mieszkańcy muszą wytrzymać duże ciśnienie hydrostatyczne. Podczas gdy inne czynniki, takie jak dostępność pożywienia i unikanie drapieżników, są ważne, organizmy głębinowe muszą mieć zdolność do utrzymania dobrze uregulowanego systemu metabolicznego w obliczu wysokiego ciśnienia. Aby przystosować się do ekstremalnych warunków, organizmy te wykształciły unikalne cechy.

Podwyższone ciśnienie hydrostatyczne ma duży wpływ na białka, ponieważ ulegają one zmianom w organizacji wody podczas reakcji hydratacji i dehydratacji zdarzeń wiązania. Wynika to z faktu, że większość oddziaływań enzym-ligand powstaje w wyniku oddziaływań naładowanych lub polarnych bez ładunku. Ponieważ ciśnienie hydrostatyczne wpływa zarówno na fałdowanie i składanie białek, jak i na aktywność enzymatyczną, gatunki głębinowe muszą przejść adaptacje fizjologiczne i strukturalne, aby zachować funkcjonalność białek przed naciskiem.

Aktyna jest białkiem niezbędnym dla różnych funkcji komórkowych. α-aktyna służy jako główny składnik włókien mięśniowych i jest wysoce konserwowana u wielu różnych gatunków. Niektóre ryby głębinowe wykształciły tolerancję na ciśnienie poprzez zmianę mechanizmu ich α-aktyny. U niektórych gatunków żyjących na głębokościach większych niż 5000 m C.armatus i C.yaquinae mają specyficzne podstawienia w miejscach aktywnych α-aktyny, która służy jako główny składnik włókien mięśniowych. Przewiduje się, że te specyficzne podstawienia Q137K i V54A z C.armatus lub I67P z C.yaquinae mają znaczenie w tolerancji ciśnienia. Substytucja w miejscach aktywnych aktyny powoduje istotne zmiany we wzorcach mostków solnych białka, co pozwala na lepszą stabilizację wiązania ATP i rozmieszczenia podjednostek, potwierdzoną analizą energii swobodnej i symulacją dynamiki molekularnej. Stwierdzono, że ryby głębinowe mają więcej mostków solnych w swoich aktynach niż ryby zamieszkujące górne strefy morza.

W odniesieniu do substytucji białka stwierdzono, że ryby głębinowe pod wysokim ciśnieniem hydrostatycznym obfitują w specyficzne osmolity . Dla pewnych chondrichtyans stwierdzono, że N-tlenek trimetyloaminy (TMAO) zwiększyła się wraz z głębokością, zastępując inne osmolitów i mocznik. Ze względu na zdolność TMAO do ochrony białek przed białkami destabilizującymi wysokie ciśnienie hydrostatyczne, regulacja osmolitowa jest ważną adaptacją dla ryb głębinowych, aby wytrzymać wysokie ciśnienie hydrostatyczne.

Organizmy głębinowe posiadają adaptacje molekularne, aby przetrwać i rozwijać się w głębokich oceanach. Mariana hadal snailfish rozwinął modyfikację w genie Osteocalcin ( bglap ), gdzie stwierdzono przedwczesną terminację genu. Gen osteokalcyny reguluje rozwój kości i mineralizację tkanek, a mutacja przesunięcia ramki wydaje się prowadzić do tworzenia kości na podstawie otwartej czaszki i chrząstki. Ze względu na wysokie ciśnienie hydrostatyczne w głębinach morskich, zamknięte czaszki, które rozwijają się organizmy żyjące na powierzchni, nie są w stanie wytrzymać wymuszającego stresu. Podobnie, pospolity rozwój kości obserwowany u kręgowców powierzchniowych nie może utrzymać swojej integralności strukturalnej pod stałym wysokim ciśnieniem.

Badanie

Główny artykuł: Eksploracja głębinowych
Opisanie działania i wykorzystania autonomicznego lądownika (RV Kaharoa) w badaniach głębinowych; widziane ryby to grenadier głębinowy ( Coryphaenoides armatus ).

Głębiny morskie to jeden z mniej zbadanych obszarów na Ziemi. Presje nawet w mezopelagii stają się zbyt duże dla tradycyjnych metod eksploracji, wymagających alternatywnych podejść do badań głębinowych. Stacje kamer z przynętą, małe załogowe łodzie podwodne i ROV ( pojazdy zdalnie sterowane ) to trzy metody wykorzystywane do badania głębin oceanu. Ze względu na trudność i koszt eksploracji tej strefy, aktualna wiedza jest ograniczona. Ciśnienie wzrasta o około jedną atmosferę na każde 10 metrów, co oznacza, że ​​niektóre obszary głębin morskich mogą osiągać ciśnienie powyżej 1000 atmosfer. To nie tylko sprawia, że ​​bardzo trudno jest dotrzeć na duże głębokości bez pomocy mechanicznej, ale także stanowi znaczną trudność przy próbie badania wszelkich organizmów, które mogą żyć na tych obszarach, ponieważ ich chemia komórkowa będzie przystosowana do tak ogromnych ciśnień.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki