Djupt hav - Deep sea

För filmen, se Deep Sea 3D .
Djuphavszoner

Den djupa hav eller djupt skikt är det lägsta skiktet i havet , befintliga nedanför termoklinen och ovanför havsbottnen , på ett djup av 1000 famnar (1800 m) eller mer. Lite eller inget ljus tränger in i denna del av havet, och de flesta organismer som lever där förlitar sig på livsmedel för fallande organiskt material som produceras i den fotiska zonen . Av denna anledning antog forskare en gång att livet skulle vara gles i djuphavet, men praktiskt taget varje sond har avslöjat att det tvärtom är livligt i djuphavet.

År 1960 sjönk Bathyscaphe Trieste till botten av Mariana Trench nära Guam , vid 10 911 m, den djupaste kända platsen i något hav. Om Mount Everest (8 848 meter) var nedsänkt där skulle dess topp vara mer än en mil under ytan. Efter att Trieste var pensionerad var det japanska fjärrstyrda fordonet (ROV) Kaikō det enda fartyget som kunde nå detta djup tills det gick vilse till sjöss 2003. I maj och juni 2009 återvände hybrid-ROV (HROV) Nereus till den Challenger Djupt för en serie av tre dyk till större djup än 10.900 meter.

Det har föreslagits att mer är känt om månen än de djupaste delarna av havet. Livet på djuphavsbotten antogs enbart förlita sig på fallande organiskt material, och därmed i slutändan solen, för dess energikälla tills upptäckten av blomstrande kolonier av räkor och andra organismer runt hydrotermiska ventiler i slutet av 1970 -talet. De nya upptäckterna avslöjade grupper av varelser som erhållit näringsämnen och energi direkt från termiska källor och kemiska reaktioner i samband med förändringar i mineralfyndigheter. Dessa organismer trivs i helt ljuslösa och anaeroba miljöer i mycket saltvatten som kan uppnå 150 ° C (150 ° C) och drar sin näring från vätesulfid , vilket är mycket giftigt för nästan allt liv på jorden. Den revolutionära upptäckten att livet kan existera under dessa extrema förhållanden förändrade åsikter om möjligheterna att det finns liv någon annanstans i universum. Forskare spekulerar nu i att Europa , en av Jupiters månar, kanske kan stödja livet under dess isiga yta, där det finns tecken på ett globalt hav av flytande vatten.

Miljöegenskaper

Ljus

Naturligt ljus tränger inte in i det djupa havet, med undantag för de övre delarna av mesopelagiken . Eftersom fotosyntes inte är möjlig kan växter och växtplankton inte leva i denna zon, och eftersom dessa är de primära producenterna av nästan alla jordens ekosystem, måste livet i detta område av havet bero på energikällor från andra håll. Med undantag för områdena nära de hydrotermiska ventilationsöppningarna kommer denna energi från organiskt material som driver ner från den fotiska zonen . Det sjunkande organiska materialet består av algpartiklar, detritus och andra former av biologiskt avfall, som kollektivt kallas marin snö .

Tryck

Eftersom trycket i havet ökar med cirka 1 atmosfär för varje 10 meters djup är mängden tryck som många marina organismer upplever extremt. Fram till de senaste åren saknade det vetenskapliga samfundet detaljerad information om effekterna av tryck på de flesta djuphavsorganismer eftersom de påträffade exemplen anlände till ytan döda eller döende och inte kunde observeras vid det tryck de levde vid. Med tillkomsten av fällor som innehåller en speciell tryckhållande kammare har oskadade större metazoaniska djur hämtats från djuphavet i gott skick.

Salthalt

Salthalten är anmärkningsvärt konstant i hela havet, med cirka 35 delar per tusen. Det finns några mindre skillnader i salthalt, men inga som är ekologiskt signifikanta, förutom i Medelhavet och Röda havet.

Temperatur

Termoklin i det tropiska havet.

De två områdena med störst temperaturgradient i haven är övergångszonen mellan ytvattnet och djupvattnet, termoklinen och övergången mellan djuphavsbotten och varmvattenflöden vid de hydrotermiska ventilerna. Termokliner varierar i tjocklek från några hundra meter till nästan tusen meter. Under termoklinen är djuphavets vattenmassa kall och mycket mer homogen . Termokliner är starkast i tropikerna, där temperaturen i epipelagiska zonen vanligtvis är över 20 ° C. Från epipelagins bas faller temperaturen över flera hundra meter till 5 eller 6 ° C vid 1000 meter. Det fortsätter att minska till botten, men takten är mycket långsammare. Det kalla vattnet härrör från sjunkande tungt ytvatten i polarområdena .

Vid varje givet djup är temperaturen praktiskt taget oändlig under långa tidsperioder, utan säsongsförändringar och med mycket liten årlig variation. Ingen annan livsmiljö på jorden har en så konstant temperatur.

I hydrotermiska ventiler kan temperaturen på vattnet när det kommer från skorstenarna "svarta rökare" vara så hög som 400 ° C (det hålls från att koka av det höga hydrostatiska trycket) medan det inom några meter kan vara tillbaka till 2 till 4 ° C.

Biologi

Huvudartikel: Djuphavssamhälle

Regioner under epipelagic är uppdelade i ytterligare zoner, som börjar med mesopelagic som sträcker sig från 200 till 1000 meter under havsnivån, där så lite ljus tränger in att primärproduktion blir omöjlig. Under denna zon djuphavs börjar bestående av afotiska bathypelagic , abyssopelagic och hadopelagic . Mat består av fallande organiskt material som kallas ' marinsnö ' och slaktkroppar som härrör från produktionszonen ovan och är knappa både när det gäller rumslig och tidsmässig fördelning.

Istället för att förlita sig på gas för sin flytkraft, många djuphavsarter har geléliknande kött består mestadels av glykosaminoglykaner , vilket ger dem mycket låg densitet. Det är också vanligt bland djupt vatten bläckfisk att kombinera den gelatinösa vävnad med en flytkammare fylld med en coelomic fluid som består av den metaboliska avfallsprodukten ammoniumklorid , som är lättare än det omgivande vattnet.

Mittvattenfisken har speciella anpassningar för att klara dessa förhållanden - de är små, vanligtvis under 25 centimeter (10 tum); de har långsamma ämnesomsättningar och ospecialiserade dieter, föredrar att sitta och vänta på mat snarare än slösa energi på att leta efter den. De har långsträckta kroppar med svaga, vattniga muskler och skelettstrukturer . De har ofta utdragbara, gångjärniga käkar med återvända tänder. På grund av den glesa spridningen och bristen på ljus är det svårt att hitta en partner att odla med, och många organismer är hermafroditiska .

Eftersom ljuset är så knappt har fiskar ofta större än normala, rörformiga ögon med bara stavceller . Deras uppåtgående synfält låter dem söka silhuetten av eventuella byten. Bytefiskar har dock också anpassningar för att klara av predation . Dessa anpassningar handlar främst om minskning av silhuetter, en form av kamouflage . De två huvudsakliga metoderna för att uppnå detta är minskning av deras skuggområde genom sidokompression av kroppen och motbelysning via bioluminescens . Detta uppnås genom produktion av ljus från ventrala fotoforer , som tenderar att producera sådan ljusintensitet för att göra undersidan av fisken liknande utseende som bakgrundsljuset. För mer känslig syn i svagt ljus har vissa fiskar en retroreflektor bakom näthinnan . Ficklampa fisk har denna plus fotoforer , vilken kombination de använder för att upptäcka ögonsken hos andra fiskar (se tapetum lucidum ).

Organismer i djuphavet är nästan helt beroende av sjunkande levande och döda organiska ämnen som faller med cirka 100 meter per dag. Dessutom når endast cirka 1 till 3% av produktionen från ytan havsbotten mestadels i form av marin snö. Större foderfall, till exempel valskroppar , förekommer också och studier har visat att dessa kan hända oftare än vad man för närvarande tror. Det finns många åtsugare som främst eller helt livnär sig på stora matfall och avståndet mellan slaktkroppar på val beräknas bara vara 8 kilometer. Dessutom finns det ett antal filtermatare som livnär sig på organiska partiklar med hjälp av tentakler, till exempel Freyella elegans .

Marinbakteriofager spelar en viktig roll när det gäller att cykla näringsämnen i djuphavssediment. De finns extremt mycket (mellan 5 × 10 12 och 1 × 10 13 fager per kvadratmeter) i sediment runt om i världen.

Trots att de är så isolerade har djuphavsorganismer fortfarande skadats av mänsklig interaktion med haven. Den Londonkonventionen syftar till att skydda den marina miljön från dumpning av avfall såsom avloppsslam och radioaktivt avfall . En studie visade att i en region hade det skett en minskning av djuphavskoraller från 2007 till 2011, med minskningen som hänför sig till global uppvärmning och försurning av havet, och biologisk mångfald uppskattas vara på de lägsta nivåerna på 58 år. Havsförsurning är särskilt skadligt för djuphavskoraller eftersom de är gjorda av aragonit, ett lättlösligt karbonat, och eftersom de växer särskilt långsamt och kommer att ta år att återhämta sig. Djuphavstrålning skadar också den biologiska mångfalden genom att förstöra livsmiljöer för djuphav som kan ta år att bygga. En annan mänsklig aktivitet som har förändrat djuphavsbiologin är gruvdrift. En studie visade att på en gruvplats hade fiskpopulationerna minskat efter sex månader och vid tre år, och att befolkningen efter tjugosex år hade återgått till samma nivåer som före störningen.

Kemosyntes

Det finns ett antal arter som inte i första hand förlitar sig på upplöst organiskt material för sin mat och dessa finns vid hydrotermiska ventiler . Ett exempel är det symbiotiska förhållandet mellan rörmask Riftia och kemosyntetiska bakterier. Det är denna kemosyntes som stöder de komplexa samhällen som finns runt hydrotermiska ventiler. Dessa komplexa samhällen är ett av få ekosystem på planeten som inte förlitar sig på solljus för sin energiförsörjning.

Anpassning till hydrostatiskt tryck

Djuphavsfiskar har olika anpassningar i sina proteiner, anatomiska strukturer och metaboliska system för att överleva i Djuphavet, där invånarna måste klara stor mängd hydrostatiskt tryck. Även om andra faktorer som tillgång på mat och undvikande av rovdjur är viktiga, måste djuphavsorganismerna ha förmågan att upprätthålla ett välreglerat metaboliskt system inför höga tryck. För att anpassa sig till den extrema miljön har dessa organismer utvecklat unika egenskaper.

Proteiner påverkas starkt av det förhöjda hydrostatiska trycket, eftersom de genomgår förändringar i vattenorganisationen under hydratiserings- och dehydratiseringsreaktioner av bindningshändelserna. Detta beror på det faktum att de flesta enzym-ligandinteraktioner bildas genom laddade eller polära icke-laddningsinteraktioner. Eftersom hydrostatiskt tryck påverkar både proteinvikning och sammansättning och enzymatisk aktivitet måste djuphavsarterna genomgå fysiologiska och strukturella anpassningar för att bevara proteinfunktionalitet mot tryck.

Actin är ett protein som är viktigt för olika cellulära funktioner. Α-aktinet fungerar som en huvudkomponent för muskelfibrer, och det är mycket bevarat i många olika arter. Vissa djuphavsfiskar utvecklade trycktolerans genom förändringen i mekanismen för deras α-aktin. I vissa arter som lever på djup större än 5000 m har C.armatus och C.yaquinae specifika substitutioner på de aktiva platserna för α-Actin, som fungerar som huvudkomponenten i muskelfibrer. Dessa specifika substitutioner, Q137K och V54A från C.armatus eller I67P från C.yaquinae förutspås ha betydelse för trycktolerans. Substitution på de aktiva platserna för aktin resulterar i betydande förändringar i proteinets saltbryggmönster, vilket möjliggör bättre stabilisering i ATP -bindning och subenhetsarrangemang, bekräftat av analys av fri energi och simulering av molekylär dynamik. Det visade sig att djuphavsfiskar har fler saltbroar i sina aktiner jämfört med fisk som bor i havets övre zoner.

När det gäller proteinsubstitution befanns specifika osmolyter finnas i överflöd i djuphavsfisk under högt hydrostatiskt tryck. För vissa chondrichtyaner fann man att trimetylamin-N-oxid (TMAO) ökade med djup och ersatte andra osmolyter och urea. På grund av TMAO: s förmåga att kunna skydda proteiner mot destabiliserande proteiner med högt hydrostatiskt tryck, är osmolytjusteringstjänsterna en viktig anpassning för djuphavsfisk för att klara högt hydrostatiskt tryck.

Djuphavsorganismer har molekylära anpassningar för att överleva och frodas i de djupa haven. Mariana hadal snailfish utvecklade modifiering av Osteocalcin -genen ( bglap ), där för tidig avslutning av genen hittades. Osteocalcin-genen reglerar benutveckling och vävnadsmineralisering, och ramförskjutningsmutationen verkar ha resulterat i öppen skalle- och broskbaserad benbildning. På grund av högt hydrostatiskt tryck i djuphavet kan slutna skalle som organismer som lever på ytan utvecklas inte motstå den tvingande påfrestningen. På samma sätt kan vanliga benutvecklingar som ses hos ytvirveldjur inte bibehålla sin strukturella integritet under konstant högt tryck.

Utforskning

Huvudartikel: Utforskning av djuphav
Beskriv drift och användning av en autonom landare (RV Kaharoa) vid djuphavsforskning; fisken som ses är avgrundsdjuren grenadier ( Coryphaenoides armatus ).

Djuphavet är ett av de mindre utforskade områdena på jorden. Trycket även i mesopelagiken blir för stort för traditionella undersökningsmetoder, vilket kräver alternativa metoder för djuphavsforskning. Betade kamerastationer, små bemannade dränkbara och ROV ( fjärrstyrda fordon ) är tre metoder som används för att utforska havets djup. På grund av svårigheten och kostnaden för att utforska denna zon är nuvarande kunskap begränsad. Trycket ökar med ungefär en atmosfär för varje 10 meter vilket innebär att vissa områden i djuphavet kan nå tryck över 1000 atmosfärer. Detta gör inte bara stora djup mycket svårt att nå utan mekaniska hjälpmedel, utan ger också en betydande svårighet när man försöker studera organismer som kan leva i dessa områden eftersom deras cellkemi kommer att anpassas till så stora tryck.

Se även

Referenser

externa länkar