สมุทรศาสตร์ชีวภาพ

สมุทรศาสตร์ชีวภาพเป็นการศึกษาชีวิตในทะเลซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบมหาสมุทร — ทั้งในแง่ที่ว่าปัจจัยทางฟิสิกส์และเคมีมีอิทธิพลต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตอย่างไร แพลงก์ตอนเป็นแหล่งพลังงานของสายใยอาหารในทะเลอย่างไร และชีวิตเหล่านั้นหมุนเวียนคาร์บอนและพลังงานผ่านมหาสมุทรได้อย่างไร

Definition

สมุทรศาสตร์ชีวภาพคือการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตในทะเลและการมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมในมหาสมุทร โดยมุ่งเน้นไปที่กระบวนการ — การผลิต การบริโภค และการหมุนเวียน — ที่กำหนดความอุดมสมบูรณ์ การกระจายตัว และบทบาททางนิเวศวิทยาของสิ่งมีชีวิตในทะเล

Scope

สาขาวิชานี้ครอบคลุมถึงการผลิตขั้นปฐมภูมิในทะเลและแพลงก์ตอนที่ทำหน้าที่ดังกล่าว โครงสร้างและพลวัตของสายใยอาหารในเขตน้ำเปิดและเขตพื้นทะเล นิเวศวิทยาของทะเลลึกและชุมชนสิ่งมีชีวิตใต้ท้องทะเล รวมถึงปั๊มชีวภาพที่สิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรส่งออกคาร์บอน โดยเน้นย้ำถึงความเชื่อมโยงระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสภาพแวดล้อมทางกายภาพและเคมีของพวกมัน

Sub-topics

• ปั๊มชีวภาพและการส่งออกคาร์บอน
• นิเวศวิทยาห้วงทะเลลึกและสัตว์หน้าดิน
• สายใยอาหารทางทะเลและพลวัตของระดับขั้นการบริโภค
• การผลิตขั้นปฐมภูมิในทะเลและแพลงก์ตอน

Core questions

• อะไรเป็นตัวควบคุมอัตราและการกระจายตัวของการผลิตขั้นปฐมภูมิในมหาสมุทร?
• พลังงานและสสารถูกถ่ายทอดผ่านสายใยอาหารในทะเลจากแพลงก์ตอนไปยังผู้ล่าระดับสูงได้อย่างไร?
• สิ่งมีชีวิตรอดและสร้างชุมชนในทะเลลึกที่มืดมิด เย็นจัด และมีความดันสูงได้อย่างไร?
• สิ่งมีชีวิตในทะเลควบคุมวัฏจักรคาร์บอนของมหาสมุทรผ่านปั๊มชีวภาพได้อย่างไร?

Key theories

การควบคุมการผลิตโดยแสงและสารอาหาร

การผลิตขั้นปฐมภูมิถูกควบคุมโดยความสมดุลระหว่างปริมาณแสงที่มีอยู่ในเขตที่มีแสงส่องถึงและการจัดหาสารอาหารจากเบื้องล่าง ซึ่งความสมดุลนี้ถูกกำหนดโดยการผสม การแบ่งชั้น และการหมุนเวียนของน้ำ

โครงสร้างทางโภชนาการและการถ่ายทอดพลังงาน

พลังงานถูกส่งผ่านจากแพลงก์ตอนพืชไปยังแพลงก์ตอนสัตว์ ปลา และผู้ล่าระดับสูง โดยมีการสูญเสียอย่างมากในแต่ละขั้นตอน ซึ่งส่งผลต่อขนาดและผลผลิตของประชากรสิ่งมีชีวิตในทะเลและการประมง

Clinical relevance

สมุทรศาสตร์ชีวภาพเป็นรากฐานสำคัญของการจัดการประมงและระบบนิเวศทางทะเล ความเข้าใจเกี่ยวกับปรากฏการณ์สาหร่ายบลูมที่เป็นอันตราย และการคาดการณ์ว่าภาวะโลกร้อน ภาวะกรดในมหาสมุทร และการลดลงของออกซิเจนในมหาสมุทรจะเปลี่ยนแปลงชีวิตในทะเลและความสามารถของมหาสมุทรในการกักเก็บคาร์บอนได้อย่างไร

History

สาขาวิชานี้เริ่มต้นจากการสำรวจแพลงก์ตอนเชิงปริมาณของ Hensen ในทศวรรษ 1880 พัฒนาต่อมาด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของ Riley เกี่ยวกับพลวัตของแพลงก์ตอนในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 และได้รับการเปลี่ยนแปลงในทศวรรษ 1970-1980 โดยการค้นพบวงจรจุลินทรีย์ (microbial loop) ซึ่งเผยให้เห็นบทบาทสำคัญของแบคทีเรียและแพลงก์ตอนขนาดเล็กในสายใยอาหารของมหาสมุทร

Key figures

• Victor Hensen
• Gordon Riley
• John Steele
• Lawrence Pomeroy

Seminal works

• millerWheeler2012
• mann2006

Frequently asked questions

แพลงก์ตอนคืออะไร?

แพลงก์ตอนคือสิ่งมีชีวิตที่ล่องลอยไปตามกระแสน้ำในมหาสมุทร แทนที่จะว่ายทวนกระแส โดยมีตั้งแต่แพลงก์ตอนพืชและแบคทีเรียขนาดเล็กไปจนถึงสัตว์ขนาดเล็ก และเป็นฐานของสายใยอาหารส่วนใหญ่ในทะเล

สมุทรศาสตร์ชีวภาพแตกต่างจากชีววิทยาทางทะเลอย่างไร?

ชีววิทยาทางทะเลมุ่งเน้นไปที่ตัวสิ่งมีชีวิตเอง ในขณะที่สมุทรศาสตร์ชีวภาพเน้นย้ำว่าสิ่งมีชีวิตในทะเลมีปฏิสัมพันธ์กับฟิสิกส์และเคมีของมหาสมุทรอย่างไร และมีอิทธิพลต่อกระบวนการในระดับมหาสมุทร เช่น การผลิตและวัฏจักรคาร์บอนอย่างไร