นิเวศวิทยาห้วงทะเลลึกและสัตว์หน้าดิน

พ้นจากขอบเขตที่แสงอาทิตย์ส่องถึง พื้นทะเลลึกเป็นที่อยู่ของสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิดที่ดำรงชีพด้วยซากอินทรีย์ที่จมลงมาจากเบื้องบน หรือในบริเวณปล่องน้ำร้อนใต้ทะเล สิ่งมีชีวิตเหล่านี้พึ่งพาพลังงานเคมีเพียงอย่างเดียว ซึ่งเป็นการล้มล้างสมมติฐานที่ว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมดขึ้นอยู่กับดวงอาทิตย์ในท้ายที่สุด

Definition

นิเวศวิทยาหน้าดินคือการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนหรือในพื้นทะเลและปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน ส่วนนิเวศวิทยาห้วงทะเลลึกมุ่งเน้นไปที่สิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรลึกและพื้นทะเล รวมถึงสิ่งมีชีวิตที่ดำรงชีพด้วยกระบวนการเคมีสังเคราะห์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมสภาพแวดล้อมของทะเลลึก (ความเย็น ความมืด ความดันสูง) โครงสร้างและความหลากหลายที่น่าประหลาดใจของสิ่งมีชีวิตหน้าดิน แหล่งอาหารจากอนุภาคที่จมลงมา และระบบนิเวศเคมีสังเคราะห์บริเวณปล่องน้ำร้อนใต้ทะเลและรอยรั่วเย็น ซึ่งสิ่งมีชีวิตได้รับพลังงานจากสารเคมีแทนพลังงานแสงอาทิตย์

Core questions

• สิ่งมีชีวิตรับมือกับความหนาวเย็น ความมืด และความดันมหาศาลในทะเลลึกได้อย่างไร?
• แหล่งอาหารใดที่หล่อเลี้ยงสิ่งมีชีวิตหน้าดินในทะเลลึกที่ห่างไกลจากผิวน้ำที่มีผลผลิตสูง?
• เหตุใดความหลากหลายทางชีวภาพในทะเลลึกจึงสูงกว่าที่เคยคาดไว้?
• สิ่งมีชีวิตเคมีสังเคราะห์บริเวณปล่องน้ำร้อนและรอยรั่วได้รับพลังงานโดยไม่มีแสงอาทิตย์ได้อย่างไร?

Key theories

ข้อจำกัดด้านอาหารและการตกตะกอนของอนุภาค

สิ่งมีชีวิตในทะเลลึกส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการจมลงอย่างช้าๆ ของอนุภาคอินทรีย์จากผิวน้ำ ดังนั้นปริมาณและช่วงเวลาของแหล่งอาหารนี้จึงควบคุมความอุดมสมบูรณ์และโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตหน้าดินอย่างมาก

เคมีสังเคราะห์บริเวณปล่องน้ำร้อนและรอยรั่ว

บริเวณปล่องน้ำร้อนใต้ทะเลและรอยรั่วเย็น จุลินทรีย์จะออกซิไดซ์สารเคมีรีดิวซ์ เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ เพื่อตรึงคาร์บอน ซึ่งสนับสนุนสิ่งมีชีวิตหนาแน่นโดยไม่ขึ้นกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

Mechanisms

ในพื้นที่ส่วนใหญ่ของทะเลลึก สิ่งมีชีวิตจะขึ้นอยู่กับอนุภาคอินทรีย์ที่ตกลงมาจากผิวน้ำอย่างเบาบาง โดยความอุดมสมบูรณ์ของสิ่งมีชีวิตจะลดลงเมื่อปริมาณอาหารลดลงตามความลึกและระยะห่างจากแหล่งน้ำที่มีผลผลิตสูง บริเวณปล่องน้ำร้อนใต้ทะเล แบคทีเรียเคมีสังเคราะห์จะออกซิไดซ์สารเคมีจากปล่องเพื่อตรึงคาร์บอน ซึ่งมักจะอยู่ในรูปของภาวะพึ่งพากันภายในสัตว์ เช่น หนอนท่อ ทำให้สิ่งมีชีวิตมีความอุดมสมบูรณ์ในสภาพที่ไม่มีแสง

Clinical relevance

ระบบนิเวศทะเลลึกกำลังถูกคุกคามมากขึ้นจากการลากอวน การทำเหมืองแร่ใต้ทะเล และการเปลี่ยนแปลงของผลผลิตในผิวน้ำที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สิ่งมีชีวิตในปล่องน้ำร้อนและเอนไซม์ของพวกมันยังเป็นที่สนใจทางเทคโนโลยีชีวภาพ และการทำความเข้าใจสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ที่ฟื้นตัวช้าเป็นสิ่งสำคัญต่อการอนุรักษ์มหาสมุทรลึก

History

ทะเลลึกที่เคยคิดว่าแทบจะไม่มีสิ่งมีชีวิต ได้รับการเปิดเผยจากการสำรวจในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 (Hessler และ Sanders) ว่ามีความหลากหลายสูงอย่างไม่คาดคิด การค้นพบสิ่งมีชีวิตบริเวณปล่องน้ำร้อนใต้ทะเลที่ Galapagos Rift ในปี 1977 และการแสดงให้เห็นถึงภาวะพึ่งพากันแบบเคมีสังเคราะห์ ได้ปฏิวัติมุมมองเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของสิ่งมีชีวิต

Key figures

• Robert Hessler
• Howard Sanders
• Colleen Cavanaugh

Seminal works

• gageTyler1991
• vanDover2000

Frequently asked questions

สัตว์ในทะเลลึกกินอะไร?

ส่วนใหญ่พึ่งพาอนุภาคอินทรีย์ที่จมลงมาจากผิวน้ำที่ได้รับแสงอาทิตย์ เสริมด้วยอาหารขนาดใหญ่ที่ตกลงมาเป็นครั้งคราว เช่น ซากวาฬที่ตายแล้ว ส่วนบริเวณปล่องน้ำร้อนใต้ทะเล สิ่งมีชีวิตจะพึ่งพาจุลินทรีย์ที่เก็บเกี่ยวพลังงานเคมีแทน

สิ่งมีชีวิตสามารถดำรงอยู่ได้อย่างไรที่ปล่องน้ำร้อนใต้ทะเลโดยไม่มีแสงอาทิตย์?

แบคทีเรียเฉพาะทางจะทำการสังเคราะห์ทางเคมี โดยใช้พลังงานในสารเคมี เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ เพื่อสร้างสารอินทรีย์ ซึ่งจากนั้นจะกลายเป็นอาหารของสัตว์ในปล่องน้ำร้อน โดยสัตว์หลายชนิดมีจุลินทรีย์เหล่านี้อาศัยอยู่ภายในร่างกายของพวกมัน