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海洋生物地理学

科普小知识2022-08-13 23:37:29
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海洋生物地理学是研究海洋生物的分布和规律,阐明不同海域生物群的组成、生态特征和形成过程及其与海洋环境的关系。它是海洋生物学的一个重要研究领域。

生物地理学

作为一门古老的学科,它从萌芽到建立和发展有着悠久的历史。根据对生物地理学发展历史的回顾,生物地理学的发展大致可以分为三个阶段:

在第一阶段,早期的探险家和博物学家是前达尔文时代的主要代表。

第二阶段是达尔文时代(19世纪生物地理学)

第三阶段是现代生物地理学的发展(超过200年)。

相关研究

研究历史

海洋生物地理学的研究已有100多年的历史。英国福布斯和戈德温·奥斯汀在1859年首次进行了“欧洲海洋自然史”的研究。海洋生物地理学的综合分析和研究始于20世纪30年代。

瑞典科学家埃克曼总结了过去的研究成果,并分别于1935年和1953年出版了《海洋动物地理学》的德文版和英文版。根据海洋环境的特点和各种生态群的地理分布,他提出了一个分别划分浅海和深海、浮游生物和底栖生物的计划。自20世纪50年代以来,生态单元(生物群落)的生物地理学研究已经开始。1974年,美国的布里格斯出版了《海洋动物地理学》,修订了埃克曼的海洋动物地理学,讨论了动物地理学与生物进化的关系。

20世纪70年代末,美国“阿尔文”号和其他深潜器在东太平洋温泉周围发现了大量动物,这对深海动物地理学的研究产生了重大影响。

研究内容

虽然今天生活在海洋中的动植物种类比陆地上的少得多,但其种类的多样性显然比陆地上的多。根据一些学者的统计,在动物界已知的37个门中,至少有34个海洋物种,其中栉水母门、管水母门、棘皮动物门和毛颚类门完全由海洋物种组成。淡水和陆地环境中分别有17门和15门动物。在植物界的16门中,有13门生活在海里。一个物种或更高分类群的生物由于其不同的遗传性和适应性,在海洋中有不同的分布区域。确定和解释物种分布区是研究海洋生物地理学的基础。

根据生物对分布区水温的适应性,可分为冷水类、温水类和温水类。

冷水物种生长繁殖的适宜温度一般低于5℃,自然分布区月平均水温不高于10℃,包括寒区物种和亚寒区物种,前者适宜温度为0℃左右,后者为0 ~ 5℃;暖水物种生长繁殖的适宜温度为5 ~ 20℃,自然分布区月平均水温为0 ~ 25℃,包括冷温物种和暖温物种,前者为5 ~ 12℃,后者为12 ~ 20℃;暖水物种生长繁殖的适宜温度高于20℃,自然分布区月平均水温高于15℃,包括热带物种和亚热带物种,前者高于25℃,后者为20 ~ 25℃。海洋生物分布区有两种类型:连续分布和不连续分布。前者是一个完整的分布区,包括全球分布区、环极分布区和环热带分布区等。属于广域分布型。后者是一个不完整的分布区,也称为孤立分布区,通常在海洋中分为两个或多个孤立的部分。最著名的不连续分布有两种模式:两极同源和北方两栖。两极是同一个原点,也就是说,两极是分布的。

北两栖动物是指分布在北半球温带海域的植物和动物,即北太平洋和北大西洋的东西两岸。它们出现在欧亚大陆北部和北美北岸,但不在北极水域。如鳕鱼、北方鲜等动物、褐蠕藻、枝角类等植物。

现存物种的分布中心不一定是它的起源,在漫长的地质时期可能会发生多次变化。一些活动强烈的海洋动物会因其非周期性迁移而改变原来的分布区,并因产卵、摄食和越冬的需要而周期性迁移。海洋生物分布区的扩大往往与人类活动有关。例如,中华绒螯蟹是在20世纪30年代由法国商船从青岛带到西北欧的,现在已经成为西北欧沿海水域的优势物种。海带过去只分布在日本海。经过引进和养殖,海带现在已经在中国水域定居。

在自然条件下,当海洋生物种群中的繁殖个体数量过大时,它们会向分布区外迁移和扩散,以扩大其分布范围。然而,在移徙过程中经常会遇到各种障碍。

对于大陆架浅水区的底栖生物来说,广阔的深海是一个巨大的障碍。虽然许多底栖生物都有浮游幼虫阶段,但浮游阶段一般不长,在越过障碍之前就已经死亡。对于深海中的底栖动物来说,海洋中的山脊是一个主要障碍。例如,著名的威尔-汤姆逊海脊是大西洋和挪威海深海动物之间的障碍。这两个海域只有12%的动物是相同的。对于海洋游泳者和海洋浮游生物来说,地峡是一个不可逾越的障碍。例如,美洲的太平洋和大西洋的热带动物群被*地峡分开,只有少数物种是这两种植物群所共有的。陆地也是海洋生物扩张的障碍。

生活在某一海域的各种物种、属和科的自然合成称为海洋生物群,它是在一定的地理条件和一定的历史时期后形成的。根据自然地理区域、生境共性和温度特性的原则,可以对其进行划分。

鉴于大陆架的浅海和深海在自然条件上的巨大差异,浮游生物和底栖生物对温度、海流和水团等环境因素的响应差异很大,因此目前制定统一的海洋生物群方案是不现实的。因此,目前流行的计划是根据各自的特点划分区域。

相关概念

生物区系和特征区

动物群或植物群是指某一地区各种动物或植物的总和。一般来说,它是某一地区的生物群。通常,生物群被划分为自然地理区域,因为在一个自然地理区域内,有着特殊的物理和生态特征,然后形成一定的生物群。换句话说,生物菌群在一定的环境条件下产生某些成分,即菌群中的动物和植物种类。

由于历史和地理原因,在植物区系中的生物物种中,通常有几个物种是一个地区所特有的,而不是其他地区所特有的。这种特殊的成分称为特征成分,即特有物种。所谓的特有物种不一定在该地区到处都有,但可能只生活在该地区的某些地方。这样的范围是最常见的。流行区是跟踪分析的基本工作区。一些单系群经常同时出现在几个流行区,这被称为偏侧化区。

传播

扩散指的是个体有机体的流动。它有两个含义:首先,它指的是在它所属物种的正常分布范围内,或在该地区的种群范围内的个体流动。二是个体流动超出了当地人口的范围,即个体流动超出了其人口的原始分布范围。扩散也可以细分为以下三种类型:

(1)生物扩散:指个体在区域种群之间的移动,或指过去未被占据但仍保持在原始物种分布范围内的地方。

(2)物种扩散:个体从一个栖息地迁移到另一个。这个栖息地最初没有被占用,而且这个新的栖息地超出了这个物种最初的分布范围。有两种情况会发生:它会蔓延到以前没有被占领的新地区;它已经蔓延到以前被占领的地区,后来被冰川侵蚀摧毁(有许多这样的例子)。

(3)生物扩散:指一个生物群落向另一个生物群落区域的扩散。它还包括扩展到以前未被占领的地区和以前被占领但后来被冰川摧毁的地区。

移动

一些活动强烈的海洋动物由于产卵、摄食和越冬的需要,不定期、周期性地迁移,从而改变了它们原来分布区的面貌。

海洋生物分布区的扩大往往与人类活动有关。例如,海带过去只分布在日本海。经过引进和养殖,它现在已经定居在中国北方的水域。

配销中心

每个海洋生物在分布区都有自己的分布中心。一般来说,一个物种中数量最多的个体可以被认为是它的分布中心,这反映出这个栖息地最适合该物种的生存。科、属或种的密集分布区通常被认为是该分类单元的分布中心。然而,现存物种的分布中心不一定是它的起源,因为在漫长的地质时期可能会发生许多变化。

分配区域

指一个物种或更高分类群中不同类型的生物由于不同的遗传力和适应性而分布的区域。确定和解释物种分布区是研究海洋生物地理学的基础。

根据分布区域的大小,海洋生物可分为广域分布和窄域分布。前者分布广泛,世界物种分布于世界各大洋(主要见于物种上方的分类群);热带和极地物种广泛分布在热带和极地水域。生物的狭窄范围限于某一海域,而且有许多这样的生物,其中只有分布在有限海域的物种被称为特有物种。它最初是在这个海域发现的,被称为固有物种。最初在该海域没有发现的以及从其他地区迁移进来的都是外来物种。

分布区有两种基本类型:连续分布和不连续分布。前者是一个完整的分布区,包括全球分布区、环极分布区和环热带分布区等。属于广域分布型。后者是一个不完全分布区,也称为孤立分布区,通常分为两个或多个孤立部分。在海洋中,最著名的不连续分布有两种方式:

(1)双极同源分布。根据最早的概念,只有分布在南极和北极水域的动物是有限的。后来,由于数据的增加,它也包括出现在南温带和北温带的动物,主要是指同一属的两个密切相关的物种分别分布在北半球和南半球的高纬度水域,但没有出现在低纬度水域。例如,南极点点石斑鱼属分布在北极-北温带,而管眼点石斑鱼则生活在南极-南温带。与极地分布相关的是热带沉降。它指的是生活在极地或温带海洋浅水中的一些冷水动物,它们在热带水域的深水中定居,以找到它们所需的生存温度。这种现象在一些终生浮游动物中很常见。

(2)北方两栖。指分布在北半球温带海域的植物和动物,即北太平洋和北大西洋的东西两岸。它们出现在欧亚大陆北部和北美北岸,但不在北极水域。如鳕鱼、北方鲱鱼和其他动物;植物如褐指藻和枝孢霉。

阻力极限

在自然条件下,当海洋生物种群中的繁殖个体数量过大时,会向分布区外迁移扩散,扩大其分布范围。然而,在移徙过程中经常会遇到各种障碍。

学科发展

与自然科学的其他学科一样,海洋科学的基础分支不仅相互联系、相互依存,而且相互渗透,不断涌现出许多新的分支,如海洋地球化学、海洋生物化学、海洋生物地理学、古海洋学等。海洋科学研究,尤其是早期的海洋科学研究,具有明显的自然地理方向,从自然地理的地带性和区域性的角度,着眼于海洋现象的区域组合和相互关系,从而揭示区域特征、区域环境质量、区域差异和关系,从而形成区域海洋学。