Термин глубоководное существо относится к организмам, живущим ниже световой зоны океана. Эти существа должны выжить в чрезвычайно суровых условиях, таких как давление в сотни бар , небольшое количество кислорода, очень мало еды, отсутствие солнечного света и постоянный сильный холод. Большинству существ приходится полагаться на пищу, плавающую сверху.
Эти существа живут в очень сложных условиях, таких как абиссальные или хадальные зоны, которые, будучи на тысячи метров ниже поверхности, почти полностью лишены света. Температура воды от 3 до 10 градусов по Цельсию и низкий уровень кислорода. Из-за глубины давление составляет от 20 до 1000 бар . Существа, обитающие в океане на глубине в сотни или даже тысячи метров, приспособились к высокому давлению, недостатку света и другим факторам.
Физиология дайвинга для адаптации к давлению
Когда дело доходит до глубоководного дайвинга, когда рыба плывет по толщине воды, давление увеличивается . Большинство морских млекопитающих поддаются давлению и поглощают его, приобретая новые функции в процессе эволюции. Например, легкие глубоководных существ можно сжать до твердого органа. Когда грудная стенка сжимается, легкие схлопываются, и газ из альвеол вытесняется в верхние дыхательные пути, где газообмен не происходит. [1] Некоторые другие эволюционно адаптированные функции - это отсутствие воздушных пазух в черепе и уменьшение объема внутреннего воздушного пространства среднего уха. [1] Это сделано для того, чтобы соответствовать давлению окружающей среды . Кроме того, сосудистая оболочка среднего уха может расширяться при повышении давления.
На глубине более 1000 метров у пелагических рыб обычно нет плавательного пузыря или плавательного пузыря, заполненного жиром. Потеря плавательного пузыря способствовала экономии энергии, поскольку закачка газа в пузыри на больших глубинах океана была дорогостоящей. [2]
У глубоководных существ также меньше мускулов и окостенелых костей. Это отсутствие окостенения было адаптировано для экономии энергии, когда в окружающей среде мало еды. [2]
Еще одна адаптация глубоководной рыбы - увеличенная дуга или луковица аорты . Это помогает поглощать много энергии, расходуемой левым желудочком во время систолы . Поглощенный пульс более равномерно распределяется в течение остальной части сердечного цикла, особенно во время брадикардии . [1]
Барометрическое давление
Этим животным приходится выдерживать экстремальное давление субфотических зон . Давление увеличивается примерно на один бар каждые десять метров. Давление измеряется датчиками давления с кварцевыми резонаторами, известными как высококачественные регистраторы давления на дне (BPR). [3] или наполните эти более плотные пузыри маслом. [3] Плавательные пузыри позволяют рыбе иметь меньше мускулов и окостенелых костей. Отсутствие окостенения было адаптировано для экономии энергии, поскольку количество корма уменьшается по мере того, как рыба плывет глубже к морскому дну. [4]
Гидростатическое давление
Гидростатическое давление в морских глубинах идет рука об руку с низкими температурами, высоким содержанием неорганических питательных веществ и низким содержанием органического углерода. Это невыгодно, поскольку глубоководная трофическая сеть зависит от органического углерода в виде частиц, который находится в эвфотической зоне . Кроме того, метаболическая активность снижается с увеличением гидростатического давления из-за ограничений в разложении органических веществ, проникающих через толщу воды. [5]
Недостаток света
Недостаток света требует от существ особой адаптации, чтобы находить пищу, избегать хищников и находить себе пару. У большинства животных очень большие глаза с сетчаткой, состоящей в основном из палочек, что увеличивает чувствительность. Многие животные также развили большие щупальца, заменяющие периферическое зрение. Чтобы иметь возможность воспроизводить потомство, многие из этих рыб превратились в гермафродитов , что избавляет от необходимости искать себе пару. Многие существа также развили очень сильное обоняние, позволяющее обнаруживать химические вещества, выделяемые самками.
Недостаток ресурсов
На этой глубине недостаточно света для фотосинтеза и недостаточно кислорода, чтобы поддерживать животных с высоким метаболизмом. Чтобы выжить, существа имеют более медленный метаболизм, которому требуется меньше кислорода; они могут долгое время жить без еды. Большая часть пищи поступает либо из органического материала, падающего сверху, либо из поедания других существ, которые получили пищу в процессе хемосинтеза (процесса преобразования химической энергии в энергию пищи). Из-за редкого распределения существ всегда есть хоть немного кислорода и еды. Кроме того, вместо того, чтобы использовать энергию для поиска пищи, эти существа используют особые приспособления, чтобы заманить добычу в засаду. В свою очередь, эти существа полагаются на крупные частицы пищи, такие как фрагменты мертвой рыбы или других морских млекопитающих, чтобы упасть с поверхности. [6] Хотя падающая пища может поддерживать популяцию глубоководных существ, все еще может быть нехватка ресурсов из-за того, что средняя популяция рыбы съедает фрагменты, прежде чем добраться до дна. [6]
Гипоксическая среда
Существа, живущие в суб-бездне, нуждаются в адаптации, чтобы справиться с естественным низким уровнем кислорода. Эти адаптации варьируются от хемосинтеза до постоянно присутствующего самовздувания легких.
Глубоководный гигантизм
Термин глубоководный гигантизм описывает влияние, которое жизнь на таких глубинах оказывает на размеры некоторых существ, особенно по сравнению с размерами родственников, живущих в разных средах. Эти существа обычно во много раз больше своих собратьев. Гигантские изоподы (связанные с общей таблетки ошибка ) иллюстрирует это. На сегодняшний день ученым удалось объяснить глубоководный гигантизм только на примере гигантского трубчатого червя . Ученые полагают, что эти существа намного крупнее мелководных трубчатых червей, потому что они живут в гидротермальных жерлах, которые выбрасывают огромное количество ресурсов. Они считают, что, поскольку существам не нужно расходовать энергию, регулирующую температуру тела, и они имеют меньшую потребность в активности, они могут выделить больше ресурсов на телесные процессы. Также известны случаи, когда глубоководные существа были аномально маленькими, например, акула-фонарь , которая помещается во рту взрослого человека . [7]
Биолюминесценция
Биолюминесценция - это способность организма создавать свет посредством химических реакций. Существа используют биолюминесценцию по-разному: чтобы осветить себе путь, привлечь добычу или соблазнить партнера. Многие подводные животные являются биолюминесцентными - от рыб-гадюк до различных видов рыб-фонариков , названных в честь их света. [8] У некоторых существ, таких как рыба-удильщик , есть концентрация фотофоров в небольшой конечности, которая выступает из их тела, которую они используют в качестве приманки для ловли любопытной рыбы. Биолюминесценция также может сбить с толку врагов. Химический процесс биолюминесценции требует наличия как минимум двух химических веществ: светообразующего химического вещества, называемого люциферином, и химического вещества, вызывающего реакцию, называемого люциферазой. [9] Люцифераза катализирует окисление люциферина, вызывая свет и образуя неактивный оксилюциферин. Свежий люциферин должен поступать с пищей или путем внутреннего синтеза. [9]
Хемосинтез
Поскольку на таких глубоких уровнях солнечного света почти нет или почти нет, фотосинтез не является возможным средством производства энергии, оставляя некоторых существ перед затруднением, как производить себе пищу. Для гигантского трубчатого червя этот ответ приходит в виде бактерий. Эти бактерии способны к хемосинтезу и живут внутри гигантского трубчатого червя, обитающего в гидротермальных источниках . Эти вентиляционные отверстия выбрасывают очень большое количество химикатов, которые эти бактерии могут преобразовывать в энергию. Эти бактерии также могут расти без хозяина и создавать бактерии на морском дне вокруг гидротермальных источников, где они служат пищей для других существ. Бактерии - ключевой источник энергии в пищевой цепочке. Этот источник энергии создает большие популяции в районах вокруг гидротермальных источников, что дает ученым удобную остановку для исследований. Организмы также могут использовать хемосинтез для привлечения добычи или для привлечения партнера. [10]
Глубоководные исследования
Люди исследовали менее 4% дна океана, и с каждым погружением открываются десятки новых видов глубоководных существ. Подводная лодка DSV Alvin, принадлежащая ВМС США и эксплуатируемая Океанографическим институтом Вудс-Холла (WHOI) в Вудс-Холе, штат Массачусетс, является примером типа корабля, используемого для исследования глубокой воды. Эта 16-тонная подводная лодка способна выдержать экстремальное давление и легко маневренна, несмотря на свой вес и размер.
Чрезвычайная разница в давлении между морским дном и поверхностью делает выживание существа на поверхности практически невозможным; это затрудняет глубокое исследование, потому что наиболее полезную информацию можно найти только при живых существах. Последние разработки позволили ученым взглянуть на этих существ более внимательно и в течение длительного времени. Морской биолог Джеффри Дрейзен нашел решение проблемы - ловушку для рыбы под давлением. Он захватывает глубоководное существо и медленно регулирует его внутреннее давление до уровня поверхности, когда существо поднимается на поверхность, в надежде, что существо сможет приспособиться. [11]
Другая научная группа из Университета Пьера и Марии Кюри разработала устройство для улавливания, известное как PERISCOP , которое поддерживает давление воды на поверхности, тем самым удерживая образцы в среде под давлением во время всплытия. Это позволяет проводить тщательные исследования на поверхности без каких-либо возмущений давления, влияющих на образец. [12] 8
В популярной культуре
- BBC «s Blue Planet особенности глубоководных существ, освещающие их атрибуты , свойственные.
Смотрите также
- Глубоководная рыба
- Коробка Бездны
Рекомендации
- ^ a b c Койман, Джеральд Л. (01.01.2019), Кокран, Дж. Кирк; Bokuniewicz, Генри Дж .; Ягер, Патрисия Л. (ред.), "Физиология подводного плавания морских млекопитающих ☆" , Энциклопедия наук об океане (третье издание) , Oxford: Academic Press, стр. 548–555, ISBN 978-0-12-813082-7, получено 21.10.2020
- ^ а б Янси, Пол Х .; Gerringer, Mackenzie E .; Drazen, Jeffrey C .; Роуден, Эшли А .; Джеймисон, Алан (25 марта 2014 г.). «Морские рыбы могут быть биохимически ограничены от обитания в самых глубоких океанских глубинах» . Труды Национальной академии наук . 111 (12): 4461–4465. DOI : 10.1073 / pnas.1322003111 . ISSN 0027-8424 . PMID 24591588 .
- ^ а б Молони Э. (11 декабря 2017 г.). «Глубокий океан или глубокая заморозка: как животные эволюционировали, чтобы выжить» . Иллинойс Наука .
- ^ Янси PH, Геррингер М.Э., Дразен Дж. К., Роуден А. А., Джеймисон А. (март 2014 г.). «Морские рыбы могут быть биохимически ограничены от обитания в самых глубоких океанских глубинах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (12): 4461–5. DOI : 10.1073 / pnas.1322003111 . PMC 3970477 . PMID 24591588 .
- ^ Тамбурини, Кристиан; Бутриф, Мехди; Гарель, Марк; Colwell, Rita R .; Деминг, Джоди В. (2013). «Прокариотические реакции на гидростатическое давление в океане - обзор» . Экологическая микробиология . 15 (5): 1262–1274. DOI : 10.1111 / 1462-2920.12084 . ISSN 1462-2920 .
- ^ а б Айзекс Дж. Д., Шварцлозе Р. А. (1975). «Активные животные глубоководного дна» . Scientific American . 233 (4): 84–91. ISSN 0036-8733 .
- ↑ Видео: 12-футовые крабы, ходячие рыбы и мини-акулы: глубоководные существа - Наука - WeShow (издание для США)
- ^ «Аквариум Монтерей-Бей: Полевой онлайн-гид» . Архивировано из оригинала на 2008-12-22 . Проверено 12 мая 2008 .
- ^ a b BL Web: Химия
- ^ Хемосинтез
- ^ Новая ловушка может безопасно вывести глубоководную рыбу из темноты
- ^ Рычаг А (31 июля 2008 г.). «Живая рыба, пойманная на рекордной глубине» . BBC News . Проверено 18 февраля 2011 года .
Внешние ссылки
- Слайд-шоу о разнообразии глубоких океанов - Смитсоновский океанский портал
- Море и Небо: Глубоководные монстры - Подробная информация о конкретных существах
- Аквариум Монтерей-Бей: онлайн-справочник - подробности о конкретных существах
- Веб-страница биолюминесценции - хороший ресурс по биолюминесценции
- NeMO Explorer - Хороший ресурс по хемосинтезу
- Подводные чудеса - слайд-шоу от журнала Life
- Морские существа - статьи, факты и изображения глубоководных животных