Sinh thái học biển sâu và đáy

Vượt ra ngoài tầm với của ánh sáng mặt trời, đáy biển sâu là nơi sinh sống của các quần xã đa dạng, tồn tại nhờ các vật chất hữu cơ chìm xuống hoặc, tại các miệng phun thủy nhiệt, chỉ dựa vào năng lượng hóa học — điều này đã lật đổ giả định rằng mọi sự sống cuối cùng đều phụ thuộc vào mặt trời.

Definition

Sinh thái học đáy là nghiên cứu về các sinh vật sống trên hoặc trong đáy biển và các tương tác của chúng; sinh thái học biển sâu tập trung vào các quần xã của đại dương sâu và đáy biển, bao gồm cả những quần xã được duy trì bằng hóa tổng hợp.

Scope

Chủ đề này bao gồm các điều kiện môi trường của biển sâu (lạnh, tối, áp suất cao), cấu trúc và sự đa dạng đáng ngạc nhiên của các quần xã đáy, nguồn cung cấp thức ăn từ các hạt chìm xuống, và các hệ sinh thái hóa tổng hợp tại các miệng phun thủy nhiệt và các điểm rò rỉ lạnh, nơi sự sống được cung cấp năng lượng bằng hóa chất chứ không phải năng lượng mặt trời.

Core questions

• Các sinh vật đối phó như thế nào với cái lạnh, bóng tối và áp suất cực lớn của biển sâu?
• Những nguồn thức ăn nào hỗ trợ các quần xã đáy sâu cách xa bề mặt sản xuất?
• Tại sao đa dạng sinh học biển sâu lại cao hơn những gì từng được mong đợi?
• Các quần xã hóa tổng hợp tại các miệng phun và điểm rò rỉ lấy năng lượng như thế nào mà không cần ánh sáng mặt trời?

Key theories

Giới hạn thức ăn và mưa hạt

Hầu hết sự sống ở biển sâu phụ thuộc vào sự chìm chậm của các hạt hữu cơ từ bề mặt, vì vậy số lượng và thời gian của nguồn cung cấp thức ăn này kiểm soát mạnh mẽ mật độ và cấu trúc quần xã đáy.

Hóa tổng hợp tại các miệng phun và điểm rò rỉ

Tại các miệng phun thủy nhiệt và các điểm rò rỉ lạnh, vi khuẩn oxy hóa các hóa chất khử như hydro sulfide để cố định carbon, hỗ trợ các quần xã động vật dày đặc độc lập với quang hợp.

Mechanisms

Ở hầu hết các vùng biển sâu, các quần xã phụ thuộc vào một lượng nhỏ các hạt hữu cơ từ bề mặt, với mật độ giảm dần khi nguồn thức ăn giảm theo độ sâu và khoảng cách từ các vùng nước sản xuất. Tại các miệng phun thủy nhiệt, vi khuẩn hóa tổng hợp oxy hóa các hóa chất từ miệng phun để cố định carbon, thường là các sinh vật cộng sinh bên trong các loài động vật như giun ống, duy trì các quần xã phong phú trong điều kiện không có ánh sáng.

Clinical relevance

Các hệ sinh thái biển sâu ngày càng bị đe dọa bởi hoạt động đánh bắt bằng lưới kéo, khai thác khoáng sản đáy biển và những thay đổi do khí hậu gây ra trong năng suất bề mặt; các sinh vật ở miệng phun và enzyme của chúng cũng có giá trị công nghệ sinh học, và việc tìm hiểu các quần xã phục hồi chậm này là trọng tâm của công tác bảo tồn đại dương sâu.

History

Từng được cho là gần như không có sự sống, biển sâu đã được tiết lộ qua các mẫu vật thu thập vào giữa thế kỷ 20 (Hessler và Sanders) là nơi chứa đựng sự đa dạng cao bất ngờ; việc phát hiện ra các quần xã miệng phun thủy nhiệt trên sống núi Galapagos vào năm 1977, và việc chứng minh sự cộng sinh hóa tổng hợp, đã cách mạng hóa quan điểm về khả năng của sự sống.

Key figures

• Robert Hessler
• Howard Sanders
• Colleen Cavanaugh

Seminal works

• gageTyler1991
• vanDover2000

Frequently asked questions

Động vật ở biển sâu ăn gì?

Hầu hết dựa vào các hạt hữu cơ chìm xuống từ bề mặt có ánh sáng mặt trời, bổ sung bằng những đợt thức ăn lớn không thường xuyên như cá voi chết; tại các miệng phun thủy nhiệt, các quần xã thay vào đó phụ thuộc vào vi khuẩn thu hoạch năng lượng hóa học.

Làm thế nào sự sống có thể tồn tại ở các miệng phun thủy nhiệt mà không có ánh sáng mặt trời?

Các vi khuẩn chuyên biệt thực hiện hóa tổng hợp, sử dụng năng lượng trong các hóa chất như hydro sulfide để xây dựng vật chất hữu cơ, sau đó nuôi sống các loài động vật ở miệng phun, nhiều loài trong số đó chứa các vi khuẩn này bên trong cơ thể chúng.