Войти
Глубоководные зоны глубоководный или глубокий слой - самый нижний слой в океане, существующий ниже термоклина и выше морского дна на глубине 1000 фатом (1800 м) или более. В эту часть океана проникает мало или совсем нет света, и большинство организмов, которые живут там, полагаются на пропитание органическим веществом, образующимся в световой зоне. По этой причине ученые когда-то предполагали, что жизнь будет редка в глубоких океанских глубинах, но практически каждый зонд показал, что, наоборот, в глубинах океана жизнь изобилует.
Со времен Плиния до конца девятнадцатого века... люди считали, что в глубинах нет жизни. Потребовался исторический период между 1872 и 1876 годами, чтобы доказать неправоту Плиния; его глубоководные драги и тралы поднимали живые существа со всех доступных глубин. Однако даже в двадцатом веке ученые продолжали считать, что жизнь на большой глубине несущественна или несущественна. Вечная тьма, почти немыслимое давление и сильный холод, существующие на глубине ниже тысячи метров, были, как они думали, настолько невыносимыми, что почти погасить жизнь. На самом деле все наоборот... (Ниже 200 метров) находится самая большая среда обитания на земле.
В 1960 году батискаф Триест спустился на дно Марианская впадина около Гуама, на высоте 10911 м (35,797 футов; 6,780 миль), самое глубокое из известных мест в любом океане. Если бы гора Эверест (8848 метров) была там погружена, ее пик был бы более чем на милю ниже поверхности. «Триест» был списан, и какое-то время японское дистанционно управляемое транспортное средство (ROV) Kaikō было единственным судном, способным достичь такой глубины. Он был потерян в море в 2003 году. В мае и июне 2009 года гибридный ROV (HROV) Nereus вернулся на Challenger Deep для серии из трех погружений на глубины более 10 900 метров..
Было высказано предположение, что о Луне известно больше, чем о самых глубоких частях океана. Предполагалось, что жизнь на глубоководном дне океана зависит исключительно от падающего органического вещества, и, следовательно, в конечном итоге от солнца в качестве источника энергии до открытия процветающих колоний креветок и других организмов вокруг гидротермальных источников в конце 1970-х годов.. Новые открытия выявили группы существ, которые получали питательные вещества и энергию непосредственно из термических источников и химических реакций, связанных с изменениями в месторождениях полезных ископаемых. Эти организмы процветают в полностью темной и анаэробной среде в очень соленой воде, которая может достигать 300 ° F (150 ° C), питаясь сероводородом, который очень токсичен почти для всей земной жизни. Революционное открытие того, что жизнь может существовать в этих экстремальных условиях, изменило мнение о шансах существования жизни где-нибудь во Вселенной. Ученые теперь предполагают, что Европа, одна из спутников Юпитера, может поддерживать жизнь под своей ледяной поверхностью, где есть свидетельства существования глобального океана жидкой воды.
Естественный свет не проникает в глубины океана, за исключением верхних отделов мезопелагической. Поскольку фотосинтез невозможен, растения и фитопланктон не могут жить в этой зоне, и поскольку они являются основными продуцентами почти всех экосистемы Земли, жизнь в этой части океана должна зависеть от источников энергии из других мест. За исключением областей, близких к гидротермальным источникам, эта энергия исходит от органического материала, дрейфующего вниз из фотической зоны. Тонущий органический материал состоит из частиц водорослей, детрита и других форм биологических отходов, которые собирательно именуются морской снег.
, поскольку давление в океан увеличивается примерно на 1 атмосферу на каждые 10 метров глубины, давление, испытываемое многими морскими организмами, чрезвычайно велико. До недавнего времени научному сообществу не хватало подробной информации о влиянии давления на большинство глубоководных организмов, потому что обнаруженные образцы прибывали на поверхность мертвыми или умирающими и не наблюдались при давлении, при котором они жили. С появлением ловушек со специальной камерой для поддержания давления неповрежденные более крупные животные многоклеточные животные были извлечены из морских глубин в хорошем состоянии.
Соленость удивительно постоянна во всем глубоком море, около 35 частей на тысячу. Есть некоторые незначительные различия в солености, но нет экологически значимых, за исключением Средиземного и Красного морей.
Термоклин тропического океана. Две области наибольшего градиента температуры в океанах - это переходная зона между поверхностными водами и глубинными водами, термоклин и переход между глубоководным дном и потоками горячей воды у гидротермальных источников. Толщина термоклина варьируется от нескольких сотен метров до почти тысячи метров. Ниже термоклина водная масса глубоководного океана холодная и гораздо более однородная. Термоклины наиболее сильны в тропиках, где температура эпипелагической зоны обычно выше 20 ° C. От основания эпипелагии температура падает на несколько сотен метров до 5 или 6 ° C на высоте 1000 метров. Он продолжает снижаться к основанию, но скорость намного меньше. Холодная вода возникает в результате опускания тяжелых поверхностных вод в полярных регионах.
На любой заданной глубине температура практически не меняется в течение длительных периодов времени, без сезонных изменений и с очень небольшой межгодовой изменчивостью.. Никакая другая среда обитания на земле не имеет такой постоянной температуры.
В гидротермальных источниках температура воды, выходящей из дымоходов «черного курильщика», может достигать 400 ° C (она не может закипать благодаря высокое гидростатическое давление), а через несколько метров оно может упасть до 2–4 ° C.
Области ниже эпипелагической разделены на дополнительные зоны, начиная с мезопелагической, которая простирается от 200 до 1000 метров ниже уровня моря, где проникает так мало света, что первичная продукция становится невозможной. Ниже этой зоны начинается глубокое море, состоящее из афотических батипелагических, абиссопелагических и гадопелагических. Пища состоит из падающего органического вещества, известного как «морской снег », и туш, полученных из продуктивной зоны выше, и является дефицитной как с точки зрения пространственного, так и временного распределения.
Вместо того, чтобы полагаться на газ для своей плавучести, многие глубоководные виды имеют желеобразную плоть, состоящую в основном из гликозаминогликанов, что обеспечивает им очень низкую плотность. Среди глубоководных кальмаров также распространено объединение студенистой ткани с флотационной камерой, заполненной целомической жидкостью, состоящей из отходов метаболизма хлорида аммония, который легче окружающей воды.
У среднеглубинных рыб есть особые приспособления, чтобы справляться с этими условиями - они маленькие, обычно менее 25 сантиметров (10 дюймов); у них медленный метаболизм и неспециализированная диета, они предпочитают сидеть и ждать еды, а не тратить энергию на ее поиски. У них удлиненное тело со слабыми, водянистыми мышцами и скелетными структурами. У них часто бывают выдвижные шарнирные челюсти с загнутыми зубами. Из-за редкого распределения и недостатка света сложно найти партнера для размножения, и многие организмы гермафродиты.
Из-за недостатка света у рыб часто бывают более крупные, чем обычно, трубчатые глаза только стержневые клетки. Их направленное вверх поле зрения позволяет им находить силуэт возможной добычи. Хищная рыба, однако, также имеет приспособления, чтобы справляться с хищничеством. Эти адаптации в основном связаны с уменьшением силуэтов, формой камуфляжа. Двумя основными методами, с помощью которых это достигается, являются уменьшение площади их тени за счет бокового сжатия тела и противодействие освещению за счет биолюминесценции. Это достигается за счет получения света от брюшных фотофоров, которые имеют тенденцию создавать такую интенсивность света, чтобы придать нижней стороне рыбы внешний вид, подобный фоновому свету. Для более чувствительного зрения при слабом освещении у некоторых рыб есть ретрорефлектор позади сетчатки. Рыбы-фонарики имеют этот плюс фотофоры, комбинацию которых они используют для обнаружения блеска глаз у других рыб (см. tapetum lucidum ).
Глубоководные организмы почти полностью зависят от опускания живого и мертвого органического вещества, которое падает примерно на 100 метров в день. Кроме того, только от 1 до 3% продукции с поверхности попадает на морское дно, в основном в виде морского снега., такие как туши китов, также встречаются, и исследования показали, что это может происходить чаще, чем полагают в настоящее время. Есть много падальщиков, которые питаются в основном или полностью за счет крупных падений пищи, и расстояние расстояние между тушами китов оценивается всего в 8 км. Кроме того, существует ряд фильтрующих устройств, которые питаются органическими частицами с помощью щупалец, таких как Freyella elegans.
Морские бактериофаги, которые играют важную роль в езде на велосипеде питательные вещества в глубоководных отложениях. Их очень много (от 5 x10 и 1x10 фагов на квадратный метр) в отложениях по всему миру.
Несмотря на то, что глубоководные организмы настолько изолированы, они все еще страдают от взаимодействия человека с океанами. Лондонская конвенция направлена на защиту морской среды от захоронения таких отходов, как осадок сточных вод и радиоактивные отходы. Исследование показало, что в одном регионе с 2007 по 2011 год произошло сокращение количества глубоководных кораллов, причем это сокращение объясняется глобальным потеплением и закислением океана, а уровень биоразнообразия оценивается как самый низкий за 58 лет. Подкисление океана особенно вредно для глубоководных кораллов, потому что они состоят из арагонита, легко растворимого карбоната, а также потому, что они особенно медленно растут, и на их восстановление уйдут годы. Глубоководное траление также наносит ущерб биоразнообразию, разрушая глубоководные среды обитания, на формирование которых могут уйти годы. Еще одна деятельность человека, которая изменила биологию морских глубин, - это горная промышленность. Одно исследование показало, что на одном участке добычи популяции рыб уменьшились через шесть месяцев и через три года, а через двадцать шесть лет популяции вернулись к тем же уровням, что и до нарушения.
Есть ряд видов, которые в основном не полагаются на растворенное органическое вещество в своей пище, и они встречаются в гидротермальных источниках. Одним из примеров является симбиотическая связь между трубчатым червем Riftia и хемосинтезирующими бактериями. Именно этот хемосинтез поддерживает сложные сообщества, которые можно найти вокруг гидротермальных источников. Эти сложные сообщества - одна из немногих экосистем на планете, которые не зависят от солнечного света в качестве источника энергии.
Глубокая морские рыбы имеют разные адаптации в своих белках, анатомических структурах и метаболических системах, чтобы выжить в морских глубинах, где обитателям приходится выдерживать большое количество гидростатического давления. В то время как другие факторы, такие как доступность пищи и избегание хищников, имеют важное значение, глубоководные организмы должны обладать способностью поддерживать хорошо отрегулированную метаболическую систему перед лицом высокого давления. Чтобы приспособиться к экстремальным условиям окружающей среды, эти организмы развили уникальные характеристики.
На белки сильно влияет повышенное гидростатическое давление, так как они претерпевают изменения в организации воды во время реакций гидратации и дегидратации в результате связывания. Это связано с тем, что большинство взаимодействий фермент-лиганд формируются посредством заряженных или полярных незаряженных взаимодействий. Поскольку гидростатическое давление влияет как на сворачивание, так и на сборку белка, а также на ферментативную активность, глубоководные виды должны подвергаться физиологической и структурной адаптации, чтобы сохранить функциональность белка против давления.
Актин - это белок, который необходим для различных клеточных функций. Альфа-актин служит основным компонентом мышечных волокон, и он очень консервативен у многих различных видов. У некоторых глубоководных рыб выработалась устойчивость к давлению благодаря изменению механизма действия их α-актина. У некоторых видов, обитающих на глубине более 5000 м, C.armatus и C.yaquinae имеют специфические замены в активных центрах α-актина, который служит основным компонентом мышечных волокон. Предполагается, что эти конкретные замены, Q137K и V54A из C.armatus или I67P из C.yaquinae, важны для устойчивости к давлению. Замена в активных центрах актина приводит к значительным изменениям в паттернах солевых мостиков белка, что позволяет лучше стабилизировать связывание АТФ и расположение субъединиц, что подтверждается анализом свободной энергии и моделированием молекулярной динамики. Было обнаружено, что глубоководные рыбы имеют больше солевых мостиков в актинах по сравнению с рыбами, населяющими верхние зоны моря.
Что касается белкового замещения, то специфических осмолитов было обнаружено в изобилии. в глубоководной рыбе при высоком гидростатическом давлении. Для некоторых хондрихтианов было обнаружено, что N-оксид триметиламина (ТМАО) увеличивался с глубиной, замещая другие осмолиты и мочевину. Благодаря способности ТМАО защищать белки от протеинов, дестабилизирующих высокое гидростатическое давление, регулировка осмолита является важной адаптацией для глубоководных рыб, чтобы выдерживать высокое гидростатическое давление.
Глубоководные организмы обладают молекулярной адаптацией, чтобы выжить и процветать в глубоких океанах. Улитка марианской хадал разработала модификацию в гене остеокальцина (bglap), в которой было обнаружено преждевременное прекращение гена. Ген остеокальцина регулирует развитие костей и минерализацию тканей, и мутация сдвига рамки считывания, по-видимому, привела к образованию открытого черепа и костной ткани на основе хряща. Из-за высокого гидростатического давления в глубоком море закрытые черепа, которые развиваются организмы, живущие на поверхности, не могут выдержать усиливающего стресса. Аналогичным образом, обычное развитие костей, наблюдаемое у наземных позвоночных, не может поддерживать свою структурную целостность при постоянном высоком давлении.
Воспроизведение мультимедиа Описание работы и использования автономного посадочного модуля (RV Kaharoa) в глубоких условиях. морские исследования; увиденная рыба - глубоководный гренадер (Coryphaenoides armatus). Глубокое море - одна из малоизученных областей на Земле. Давление даже в мезопелагиали становится слишком большим для традиционных методов разведки, требуя альтернативных подходов для глубоководных исследований. Станции с наживкой, небольшие пилотируемые подводные аппараты и ROV (дистанционно управляемые аппараты ) - это три метода, используемых для исследования глубин океана. Из-за сложности и стоимости исследования этой зоны текущие знания ограничены. Давление увеличивается примерно на одну атмосферу на каждые 10 метров, что означает, что в некоторых глубоководных районах давление может достигать более 1000 атмосфер. Это не только делает очень трудным достижение больших глубин без механических средств, но также создает значительные трудности при попытке изучить любые организмы, которые могут жить в этих областях, поскольку их клеточная химия будет адаптирована к таким огромным нагрузкам.
Портал океанов 