7.6 深海生態系統海洋生態學

同學們好,我們隨著深度進一步向下,今天來講述一下深海生態系統 大洋區是海洋的主體,包括前海和深海 前海也就是大陸架邊緣,深度一般為200米以內的海域 我們把200米以深的海域統稱為深海 深海包括大洋中層、深層和深淵等 大洋區是地球上最大的生態區,約佔地球表面積的50% 相對於近岸、前海區而言,大洋區的環境是相對穩定的 人類對大洋區,特別是深海區的瞭解非常有限 這是由於大洋區涵蓋的水域過於巨大 使得人類對其進行探索的難度不亞於探索外層空間 同時,這片未知海域的水深也對研究工作構成了一個重要障礙 那麼,我們也是先從它的環境特徵開始講起 深海區受到各種外界因素的影響 存在不同空間和時間尺度上的變化 光照 大洋中層及以下,也就是透光層下方是大洋最主要的部分 那裡有微弱的光線或幾乎沒有光線 光合作用薄弱 生物所需要的能量主要來自上層水體的有機碎屑 溫度 大洋中層即200到1000米的Mesopelagic Zone是有溫度月層存在的 其厚度從幾百米至上千米不等 在溫月層的下方,水溫低、變化小 多數深海區的溫度在2攝氏度左右 1500米以上的水溫基本上是恆定的 約在零下1到4攝氏度 最低溫度位於南極洲下方,約零下1.9度 溶解氧 在大洋中層500到800米之間出現溶解氧最小水層 這主要是由於生物的呼吸消耗和缺少與復氧水之間水體交換造成 大洋更深的水體是由北極和南極復氧層冷水下沉而來 加上深水區生物數量少,氧的消耗相對減少的緣故 所以氧含量增高 在2000米以下的水體中溶解氧含量相對穩定 約為5毫克每升 到了深海底部氧含量又有所下降 因為那裡生物棲息密度相對增高 水壓 海水壓力隨深度的增加而增加 每升10米壓力增大1個大氣壓 大部分深海區的壓力在200到600個大氣壓的範圍 高壓會迫使魚表中的氣體對細胞的形態和分裂 肌肉的運動以及碳酸鈣的沉澱等均有很大影響 另外高壓還會抑制黴的催化作用 海流 海流在深海區域相對比較平緩 這裡引起海流運動的因素可能是熱巖效應引起的海水密度不均勻而成 加上地轉偏向力的作用便造成了海水的水平流動和鉛質流動 那麼我們現在來看一下深海動物對環境的適應性機制 對黑暗的適應性 在大洋中層雖然沒有足夠的光線進行光合作用 但仍有少量的光線透入很深的水層 特別是在清澈的熱帶海洋區域 有些動物有特別發達的眼睛如燈籠魚科的魚類 也有些生物具有管狀眼形成兩個視網膜對兩側和上側進行視覺觀察 生活在200到700米深的一些屋賊 兩隻眼睛中有一隻特別發達 一隻可對從上層來的微弱光線產生反應 另一隻可對其本身的發光器發出的光產生反應 在更深的完全黑暗的水層 不少種類的魚的眼睛很小或完全退化 很多深海動物通過發光器產生光線 如燈籠魚和星光魚等 用於發現配偶、食物和逃避捕食 對此相應的是體色的適應 生活在海洋中層的魚類多呈現銀灰色或深暗色 無脊椎動物則為紫紅或亮紅色 甲殼動物也常為紅色 這些體色都與海洋中層基本上沒有光線的條件一致 再深的大洋深處的動物則常為無色或白色 大家還記得我們之前講過的生物對光的適應性嗎 在這裡也請大家結合Foam Follows Function 思考一下海洋生物的發光特性 及體色與深度光線的關係 對食物稀少的適應 深海食物稀少 動物特別是魚類常具有很大的口、尖銳的牙齒和可高度伸展的河谷 能吞食很大的獵物 還有一些魚類如安康魚的背鰭高度延伸特化 其上有發光器官起誘導作用以吸引其他獵物 有的種類一次可喫大量食物如端足類 其能喫下身體重量75%的食物足夠一個雌性成體維持一年 對種羣稀少的適應 在深海種羣稀少和黑暗條件下 有的種類的雌性個體具有捕雄 即雄性個體寄生在雌體上 如安康魚的雄性個體很小 通過嗅覺作用找到雌體後就寄生在雌體身上 這種現象對種羣的延續有重大的生物學意義 此外深海魚類由於成熟慢 生殖線小胚胎發育也慢 多數種類一生只繁殖一次 許多種類雌雄同體 對高壓的適應 由於深海長年低溫高壓以及高的二氧化碳含量 使得鈣的沉澱產生了困難 因此多數深海動物是柔軟的缺少鈣質骨骼 此外多數深海魚類沒有鏢 這樣可以減少動物體和外界環境的壓力差 我們剛才提到最低溶解氧區域一般分佈在大洋中層 生活在這個區域的生物一般具有發達的呼吸系統 相對緩慢的運動形式 以及複雜的生物化學適應性 那麼有了上述的這些適應性 在深海都有哪些生物呢 浮游動物在大洋中層有大量的分佈 主要是指大型鱗蝦類 它是重要的食物鏈環節 常結成大羣 另外還有康蝦、端足類、毛鱷類、水母等 在一些較高緯度海區的冬季 由於食物短缺 一些浮游動物可沉降至大洋中層進行休眠 大洋中層游泳動物主要成員為燈籠魚科 鑽光魚科等魚類 石足目甲殼類及頭足類 加上鱗蝦佔了總生物量的80%以上 其中燈籠魚、鑽光魚及鱗蝦等可進行晝夜垂直移動 通常在450米以下回遊 我們來觀察一下 垂直遷移魚類和非垂直遷移魚類的形態區別 同學們思考一下為什麼會有這些區別 最後我們來看看更深的海域 深海和深淵區 長期居住在深海中的魚類 與中上層魚類的外表迥然不同 如大部分深海魚體型很小 並且由於深海環境中幾乎沒有光線 許多深海魚類身體呈透明狀 如安康、寬咽魚、深海鰻和其他多種魚類 大部分生活在深海區的魚多棲息在大陸坡附近 一些魚類的棲息地不侷限於某一深度的區域 如一些鹽魚可在上層、中層和深海區之間垂直遷移 深海中由於食物少 因此游泳動物多為機會型捕食者 食物類型不定 只要大小合適均可捕食 甚至同類相殘 下圖總結了生活在海洋中不同深度魚類的形態特徵 請同學們根據其生境理解並描述其形態的特徵