เขตการสังเคราะห์แสงขยายออกไปถึงระดับความลึกใดในมหาสมุทรโลก? ประสิทธิภาพการสังเคราะห์ด้วยแสงในระบบนิเวศบกและทางทะเล

ไดอะตอมเป็นพืชออโตโทรฟิคส่วนใหญ่ในพวกมันเช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตออโตโทรฟิคอื่น ๆ กระบวนการสร้างอินทรียวัตถุเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ด้วยความช่วยเหลือของเม็ดสีในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ในตอนแรกพบว่าเม็ดสีในไดอะตอมประกอบด้วยส่วนผสมของคลอโรฟิลล์กับแซนโทฟิลล์และฟูโคแซนทิน ต่อมาเพื่อชี้แจงองค์ประกอบของเม็ดสีในไดอะตอมจึงใช้วิธีการโครมาโตกราฟีโดยพิจารณาการมีอยู่ของเม็ดสีแปดสีในคลอโรพลาสต์ของไดอะตอม (Dutton, Manning, 1941; Strain, Manning, 1942, 1943; Strain ก. oth., 1943, 1944; Wassink, Kersten, 1944, 1946; Cook, 1945; Hendey, 1964) เม็ดสีเหล่านี้มีดังต่อไปนี้: คลอโรฟิลล์ α, คลอโรฟิลล์ c, β-แคโรทีน, ฟูโคแซนทิน, ไดอาโตแซนธิน, ไดอาไดโนแซนทีน, นีโอฟูโคแซนทินเอ และนีโอฟูโคแซนทินบี เม็ดสีสี่สีสุดท้ายเป็นส่วนหนึ่งของไดอะตอมมีนซึ่งถูกค้นพบก่อนหน้านี้ ผู้เขียนบางคนยังชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่ของแซนโทฟิลล์และฟีโอไฟตินเพียงเล็กน้อย (Strain and. oth., 1944)

จำนวนเม็ดสีทั้งหมดในไดอะตอมโดยเฉลี่ยประมาณ 16% ของส่วนของไขมัน แต่เนื้อหาจะแตกต่างกันไป หลากหลายชนิด. มีข้อมูลน้อยมากในวรรณกรรมเกี่ยวกับปริมาณของเม็ดสีในไดอะตอมแพลงก์ตอนในทะเล และสำหรับสัตว์หน้าดินซึ่งมีเม็ดสีสีเหลืองและสีน้ำตาลมากเป็นพิเศษ ก็แทบจะไม่มีข้อมูลเลย (ตารางที่ 1 และ 2)

ข้อมูลข้างต้นแสดงให้เห็นว่าปริมาณเม็ดสีจะแตกต่างกันไปแม้จะอยู่ในสายพันธุ์เดียวกันก็ตาม มีหลักฐานว่าเนื้อหาของเม็ดสีอาจมีความผันผวนขึ้นอยู่กับความเข้มของแสง คุณภาพ และปริมาณของแสง สารอาหารในสิ่งแวดล้อม สภาพของเซลล์ และอายุของมัน ตัวอย่างเช่น สารอาหารที่มีอยู่มากมายในสิ่งแวดล้อมที่มีความเข้มของแสงค่อนข้างต่ำจะช่วยกระตุ้นการผลิตเม็ดสี และในทางกลับกัน ความเข้มของแสงที่สูงโดยที่สารอาหารในสิ่งแวดล้อมไม่เพียงพอจะทำให้ความเข้มข้นของเม็ดสีลดลง หากขาดฟอสฟอรัสและไนโตรเจน ปริมาณคลอโรฟิลล์ a จะลดลง 2.5-10 เท่า (Finenko, Lanskaya, 1968) เป็นที่ยอมรับกันว่าเมื่อเซลล์อายุมากขึ้น ปริมาณคลอโรฟิลล์ซีจะลดลง

การทำงานของเม็ดสีนอกเหนือจากคลอโรฟิลล์ในไดอะตอมยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างเพียงพอ คลอโรฟิลล์ α เป็นเม็ดสีหลักที่ดูดซับพลังงานแสงจากทุกรังสีของสเปกตรัม และมีสองรูปแบบที่แตกต่างกันในการดูดกลืนแสง: หนึ่งในนั้นตื่นเต้นโดยตรงจากแสงสีแดง และรูปแบบที่สอง นอกจากนี้ ยังเกิดจากการ พลังงานที่ส่งผ่านฟูโคแซนทินเม็ดสีเสริม (Emerson, Rabinowitch, 1960) เม็ดสีที่เหลือเป็นส่วนเสริมของคลอโรฟิลล์เอ แต่ก็มีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์ด้วยแสงเช่นกัน คลอโรฟิลล์ c มีการดูดซึมสูงสุดในบริเวณสีน้ำเงินมากกว่าในบริเวณสีแดง ดังนั้นจึงสามารถใช้รังสีแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าได้ โดยการดูดซึมสูงสุดจะอยู่ที่ 520-680 นาโนเมตร และลดลงเหลือศูนย์ที่ความยาวคลื่น 710 นาโนเมตร ดังนั้นการดูดกลืนแสงจะเข้มข้นมากขึ้นในโซนแสงสีฟ้า เช่น ที่ระดับความลึก 10-25 เมตรจากผิวน้ำ ซึ่งคลอโรฟิลล์ เอ มีประสิทธิภาพน้อยกว่า บทบาทของแคโรทีนยังไม่ชัดเจนเพียงพอ สเปกตรัมการดูดกลืนแสงสิ้นสุดอย่างกะทันหันที่ 500 นาโนเมตร ซึ่งบ่งบอกถึงความสามารถในการดูดซับในรังสีที่มีความยาวคลื่น 500-560 นาโนเมตร เช่น ในบริเวณแสงสีเขียวเหลือง (ในน้ำที่ระดับความลึก 20 -30 ม.) ดังนั้นเบต้าแคโรทีนจึงถ่ายโอนพลังงานที่ดูดซับไปยังคลอโรฟิลล์ α (Dutton and Manning, 1941) สิ่งนี้เป็นที่รู้จักเช่นสำหรับ นิตเชีย ดิสซิปาตาซึ่งดูดซับพลังงานในบริเวณแสงสีเขียวเหลือง (Wassink, Kersten, 1944, 1946) เม็ดสีน้ำตาลจากกลุ่มฟูโคแซนทินมีการดูดซึมสูงสุดที่ความยาวคลื่นประมาณ 500 นาโนเมตร และเห็นได้ชัดว่าสามารถสังเคราะห์แสงของไดอะตอมที่ระดับความลึก 20-50 เมตร โดยการถ่ายโอนพลังงานที่ดูดซับไปยังคลอโรฟิลล์ Dutton และ Manning (1941) และต่อมา Wassink และ Kersten (1946) แสดงให้เห็นว่า fucoxanthin เป็นเม็ดสีเสริมหลักในไดอะตอม แสงที่ฟูโคแซนธินดูดซับไว้จะถูกนำไปใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงเกือบจะมีประสิทธิภาพพอๆ กับแสงที่คลอโรฟิลล์ดูดซับไว้ ไม่พบสิ่งนี้ในสาหร่ายสีเขียวและสีน้ำเงินแกมเขียวที่ขาดฟูโคแซนทิน Tanada (1951) ยังพบว่าในไดอะตอมน้ำจืด Navicula มินิมา var. อะตอมอยด์ฟูโคแซนทินดูดซับแสงสีน้ำเงิน-น้ำเงิน (450-520 นาโนเมตร) และนำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพพอๆ กับแสงที่คลอโรฟิลล์ดูดซับไว้ Hendy (1964) ระบุถึงความยาวคลื่นของแสงที่การดูดกลืนแสงสูงสุดเกิดขึ้นจากเม็ดสีไดอะตอมต่างๆ ในอะซิโตนมีดังนี้ (เป็น mmkm): คลอโรฟิลล์α - 430 และ 663-665, คลอโรฟิลล์ c - 445 และ 630, β-แคโรทีน - 452-456, ฟูโคแซนทิน - 449, ไดอาโตแซนธิน - 450-452, ไดอาไดโนแซนทีน - 444-446 , นีโอฟูโคแซนทิน A - 448 - 450 และนีโอฟูโคแซนทิน B - 448

เคมีของการสังเคราะห์ด้วยแสงในไดอะตอมดูเหมือนจะค่อนข้างแตกต่างไปจากสิ่งมีชีวิตในพืชชนิดอื่นๆ ซึ่งผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือคาร์โบไฮเดรต ในขณะที่ไดอะตอมคือไขมัน การศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไม่ได้เผยให้เห็นว่ามีแป้งอยู่ในสโตรมาของคลอโรพลาสต์หรือใกล้กับไพเรนอยด์ Fogg เชื่อว่าในไดอะตอมผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการดูดซึมก็เป็นคาร์โบไฮเดรตเช่นกัน แต่ในกระบวนการเผาผลาญที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วต่อไป พวกมันจะถูกเปลี่ยนเป็นไขมัน (Collyer และ Fogg, 1955; Fogg, 1956) องค์ประกอบทางเคมีไขมันในไดอะตอมไม่เป็นที่รู้จักทั้งสำหรับผลิตภัณฑ์การดูดซึมหรือน้ำมันและตัวน้ำมันที่มีคุณค่าทางโภชนาการสำรอง (Goulon, 1956)

ในมหาสมุทร ทะเล และแหล่งน้ำจืดที่ผิวน้ำ เงื่อนไขสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงจะใกล้เคียงกับเงื่อนไขใน สภาพแวดล้อมทางอากาศแต่ด้วยการดำดิ่งลงสู่ความลึก สิ่งเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มและคุณภาพของแสง ในแง่ของการส่องสว่างมีสามโซนที่แตกต่างกัน: ร่าเริง - จากพื้นผิวถึงความลึก 80 ม. การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดขึ้นในนั้น disphotic - จาก 80 ถึง 2,000 ม. ที่นี่ยังคงพบสาหร่ายบางส่วนและไม่มีแสง - ด้านล่างซึ่งไม่มีแสงสว่าง (Das, 1954 เป็นต้น) การสังเคราะห์ด้วยแสงของแพลงก์ตอนพืชในทะเลและน้ำจืดในชั้นผิวน้ำได้รับการศึกษาอย่างเพียงพอทั้งในสภาพธรรมชาติและวัฒนธรรม (Wassink and Kersten, 1944, 1946; Votintsev, 1952; Tailing, 1955, 1957a, 1966; Ryther, 1956; Edmondson, 1956 ; ไรเธอร์ , เมนเซล, 1959; สตีมันน์ นีลเซ่น, เฮนเซ่น, 1959,1961 ฯลฯ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสังเกตการณ์ตลอดทั้งปีในทะเลดำแสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงแพลงก์ตอนพืชที่มีความเข้มข้นสูงสุดเกิดขึ้นพร้อมกับการแผ่รังสีดวงอาทิตย์สูงสุด ในฤดูร้อน การสังเคราะห์ด้วยแสงของแพลงก์ตอนพืชจะสังเกตได้ตั้งแต่ I ถึง 16 ชั่วโมง (Lanskaya, Sivkov, 1949; Bessemyanova, 1957) ในแพลงก์ตอนชนิดต่างๆ ความเข้มสูงสุดของการสังเคราะห์ด้วยแสงมีขีดจำกัดของลักษณะการเปลี่ยนแปลงของชนิดเฉพาะ โดยที่ ความสำคัญอย่างยิ่งมีตำแหน่งละติจูดของพื้นที่น้ำ (Doty, 1959 เป็นต้น)

ในบรรดาไดอะตอม (ทั้งแพลงก์ตอนและสัตว์หน้าดิน) มีสายพันธุ์ที่ชอบแสงและชอบร่มเงา ซึ่งมีอัตราการสังเคราะห์แสงและอัตราการใช้ประโยชน์ที่แตกต่างกัน พลังงานแสงอาทิตย์ด้วยรังสีอันเดียวกัน ในสายพันธุ์ที่รักแสงเช่น Cerataulina bergonii(แพลงก์ตอน) และ นาวิคูลา เพนนาตา var. ปอนติกา(sublittoral) การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นขนานกับการแผ่รังสีและไปถึงจุดสูงสุดในเวลาเที่ยง และในพืชที่ชอบร่มเงา - Thalassionema nitzschioides (แพลงก์ตอน) และ นิทเชีย คลอสเตอเรียม(tychopelagic) - ภาวะซึมเศร้าของการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในระหว่างวันและความเข้มสูงสุดของกระบวนการนี้เกิดขึ้นในเวลาเช้าและบ่าย (Bessemyanova, 1959) การสังเคราะห์ด้วยแสงแบบเดียวกันนี้พบได้ในวัฒนธรรมภาคเหนือ พันธุ์ทะเล คอสซิโนซิรา โพลีคอร์ดาและ Coscinodiscus ประหลาด(มาร์แชลล์และอ็อกก์, 1928; เจนกิน, 1937) ในรูปแบบหน้าดิน ความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสงต่อหน่วยของชีวมวลจะสูงกว่าในรูปแบบแพลงก์ตอนอย่างมีนัยสำคัญ (Bessemyanova, 1959) นี่ค่อนข้างเป็นธรรมชาติ” เพราะไดอะตอมหน้าดินมีคลอโรพลาสต์ที่มีสีเข้มข้นขนาดใหญ่ กล่าวคือ ทั้งหมดพวกมันมีเม็ดสีสังเคราะห์แสงมากกว่ามาก การสังเกตพบว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงมีการใช้งานในรูปแบบเคลื่อนที่มากกว่าในรูปแบบที่ไม่เคลื่อนที่ และถูกกระตุ้นอย่างเห็นได้ชัดในช่วงเวลาของการแบ่งตัวของไดอะตอม (Talling, 1955) การสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้หยุดลงแม้ในแสงจันทร์ แต่ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาน้อยกว่าในระหว่างวัน 10-15 เท่า ที่ขอบฟ้าด้านบนของเสาน้ำ การสังเคราะห์ด้วยแสงในเวลากลางคืนมีเพียง 7-8% ของทุกวัน (Ivlev, Mukharevskaya, 1940; Subrahmanyan, 1960)

ด้วยความลึก ความเข้มของแสงจะลดลงอย่างรวดเร็ว การวัดความลึกต่างๆในห้องโถง Puget Sound (ทางตะวันออกเฉียงเหนือของมหาสมุทรแปซิฟิก) โดยใช้กล้องโฟโตอิเล็กทริกของ Kunz แสดงให้เห็นว่าความเข้มของการส่องสว่าง (ที่ผิวน้ำคิดเป็น 100%) ที่ความลึก 10 ม. ลดลงเหลือ 9.6% ที่ความลึก 20 ม. คือ 4% และที่ 35 ม. - 2.4% ในทางปฏิบัติที่ระดับความลึกนี้มันจะมืดสนิท (Grein, ใน: Feldmann, 1938; Gessner, 1955-1959, I) ควบคู่ไปกับการที่แสงสว่างลดลง เวลากลางวันก็สั้นลง ในมหาสมุทรที่ละติจูด 30-40° โดยมีความโปร่งใสของน้ำมากที่สุดที่ระดับความลึก 20 ม. ความยาวของวันในฤดูร้อนอยู่ที่ประมาณ 1 ชั่วโมง ที่ 30 ม. - 5 ชั่วโมง ที่ 40 ม. - เพียง 5 นาที

ด้วยความลึก ไม่เพียงแต่ความเข้มของการส่องสว่างและช่วงแสงจะลดลงเท่านั้น แต่คุณภาพของแสงยังเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการดูดกลืนรังสีของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ที่มีความยาวคลื่นแสงต่างกันไม่เท่ากัน ในตาราง รูปที่ 3 แสดงการเปลี่ยนแปลงในการดูดกลืนรังสีแสงและสีของแสงสนธยาที่ระดับความลึกต่างๆ

ตารางนี้แสดงให้เห็นว่าการดูดกลืนแสงในน้ำทะเลแปรผกผันกับความยาวของคลื่นแสง กล่าวคือ ยิ่งสเปกตรัมแสงมีความยาวคลื่นมากเท่าใด น้ำก็จะดูดซับได้เร็วยิ่งขึ้นเท่านั้น เมื่อรังสีของแสงถูกดูดซับที่ระดับความลึกที่เหมาะสม สีของแสงในยามพลบค่ำจึงเปลี่ยนไป ทั้งสองจำกัดการสังเคราะห์แสงที่ระดับความลึก การลดลงของความเข้มของรังสีต่างๆ ของสเปกตรัมที่ระดับความลึกต่างๆ ในทะเล แสดงไว้ในตารางที่ 1 4.

ข้อมูลในตารางนี้ระบุว่าสาหร่ายทะเลสีน้ำตาลและแดงบางชนิดยังสามารถเติบโตได้ที่ระดับความลึก 75 เมตร และอาจเติบโตได้ลึกกว่านั้นภายใต้สภาวะที่มีความโปร่งใสของน้ำที่สูงมาก ดังที่ทราบกันดีว่าความโปร่งใสของน้ำจะแตกต่างกันอย่างมากไม่เพียงแต่ในแหล่งน้ำที่ต่างกันเท่านั้น แต่ยังอยู่ในแหล่งน้ำเดียวกันด้วย ในบริเวณทะเลและมหาสมุทรบริเวณทะเลและมหาสมุทร น้ำมีความโปร่งใสจนถึงระดับความลึก 40 ถึง 160 ม. และในบริเวณใต้ชายฝั่งทะเล ความโปร่งใสของน้ำจะลดลงเหลือ 20 ม. และต่ำกว่า ขีดจำกัดล่างของการกระจายสาหร่ายถูกกำหนดโดยความเข้มของแสงที่ทำให้การดูดซึมและการหายใจมีความสมดุลร่วมกัน กล่าวคือ เมื่อถึงจุดชดเชยที่เรียกว่า (Marshall, Orr, 1928) โดยธรรมชาติแล้ว จุดชดเชยของสาหร่ายจะขึ้นอยู่กับความโปร่งใสของน้ำ องค์ประกอบของเม็ดสี และปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการ ในเรื่องนี้ มีข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับสาหร่ายทะเลแมคโครไฟต์ที่มีระบบเม็ดสีต่างกัน (Levring, 1966) แต่ไม่มีข้อมูลดังกล่าวสำหรับไดอะตอม (ตารางที่ 5)

ภายใต้สภาพแสงที่เท่ากัน จุดชดเชยในสาหร่ายในส่วนต่างๆ จะขึ้นอยู่กับการทำงานของเม็ดสี ในสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว (มีเม็ดสี: คลอโรฟิลล์ a และ b, β-แคโรทีน, คีโตแคโรทีนอยด์, ไมก็อกแซนโทฟิลล์) จุดชดเชยอยู่ที่ระดับความลึกประมาณ 8 เมตร ในสาหร่ายสีเขียว (เม็ดสี: คลอโรฟิลล์ a และ b, β-แคโรทีน, แซนโทฟิลล์ ) - ประมาณ 18 ม. และในสาหร่ายสีน้ำตาลและสีแดงซึ่งมีเม็ดสีเพิ่มเติมนอกเหนือจากคลอโรฟิลล์ แคโรทีน และแซนโทฟิลล์ (สีน้ำตาลมีไฟโคแซนทีน สีแดงมีไฟโคเอรีทรินและไฟโคไซยาน) จุดชดเชยจะลดลงต่ำกว่า 30 ม. อย่างมีนัยสำคัญ

ในไดอะตอมบางชนิดของทะเลดำใต้ชายฝั่ง จุดชดเชยสามารถลดลงได้ลึกถึง 35 เมตร เทคนิคสมัยใหม่การสะสมของไดอะตอมที่อยู่ใต้น้ำลงไม่ได้ให้ตัวบ่งชี้สภาพที่อยู่อาศัยที่แม่นยำ แต่ละสายพันธุ์. จากข้อมูลล่าสุด มีการสร้างรูปแบบทั่วไปของการกระจายตัวของไดอะตอมใต้น้ำต่ำกว่าระดับความลึก ในสภาพย่อยของทะเลดำพวกมันอาศัยอยู่ที่ระดับความลึกประมาณ 30 เมตร (Proshkina-Lavrenko, 1963a) ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน - ลึก 60 เมตร (Aleem, 1951) ซึ่งค่อนข้างเป็นธรรมชาติเมื่อน้ำโปร่งใส ในทะเลนี้คือ 60 เมตร มีข้อบ่งชี้ถึงไดอะตอมที่อยู่อาศัยสูงถึง 110 เมตร (Smyth, 1955), สูงถึง 200 เมตร (Bougis, 1946) และสูงถึง 7,400 เมตร (Wood, 1956) โดย Wood ระบุว่าไดอะตอมที่มีชีวิต ( มักจะอยู่ใต้น้ำ) พบได้ที่ระดับความลึกนี้ สายพันธุ์ทะเลร่วมกับน้ำจืด!) ข้อมูลของผู้เขียนสองคนสุดท้ายไม่น่าเชื่อถือและต้องมีการตรวจสอบ

จุดชดเชยสำหรับไดอะตอมชนิดเดียวกันไม่คงที่ขึ้นอยู่กับละติจูดทางภูมิศาสตร์ของชนิด ฤดูกาลของปี ความโปร่งใสของน้ำ และปัจจัยอื่นๆ Marshall และ Opp (Marshall, Orr, 1928) ได้ทำการทดลอง โดยลดวัฒนธรรมของไดอะตอมลงสู่ระดับความลึกต่างๆ ในอ่าว (Loch Striven; Scotland) ซึ่ง คอสซิโนซิรา โพลีคอร์ดาในฤดูร้อนจะมีจุดชดเชยที่ระดับความลึก 20-30 ม. และในฤดูหนาวใกล้ผิวน้ำ พวกเขาได้รับผลลัพธ์ที่คล้ายกันสำหรับ ชาโตเซรอสเอสพี

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าไดอะตอมหน้าดินแสดงการปรับตัวของสี ซึ่งอธิบายความสามารถของไดอะตอมหลายตัวในการมีชีวิตอยู่ในช่วงความลึกที่กำหนดภายใต้เงื่อนไขของการเปลี่ยนแปลงของแสงสเปกตรัมและความเข้มของแสง เป็นไปได้ว่าพวกมันมีเชื้อชาติต่างกัน (บางสายพันธุ์ โถ, Carrtpylodiscus, Diploneis, Navicula). มีการทดลองแล้วว่ากระบวนการปรับให้เข้ากับความเข้มของแสงเกิดขึ้นค่อนข้างเร็ว ตัวอย่างเช่น ไดอะตอมแพลงก์ตอนที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ในน้ำจืด ไซโคลเทลลา เมเนจิเนียนาปรับให้เข้ากับแสงจาก 3,000 ถึง 30,000 ลักซ์ภายใน 24 ชั่วโมงสามารถทนต่อความเข้มของแสงที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ - สูงถึง 60,000 ลักซ์และสูงถึง 100,000 ลักซ์ (Jorgensen, 1964a, 1964b) เครื่องสังเคราะห์แสงของสายพันธุ์น้ำย่อยเคลื่อนที่ ( ทรอปิโดนีส, นิทซ์เชีย) ปรับให้เข้ากับสภาพแสงที่ระดับความลึกของแหล่งที่อยู่อาศัย 1-3 เมตร ซึ่งความเข้มของแสงอยู่ระหว่าง 10 ถึง 1% (Taylor, 1964) โดยทั่วไปแล้ว มีงานเขียนจำนวนมากเกี่ยวกับปัญหาการปรับตัวของสีในไดอะตอม (Talling, 1955, 1957a; Ryther, 1956; Ryther, Menzel, 1959; Steemann Nielsen, Hensen, 1959; Jørgensen, 1964a)

ไดอะตอมของแพลงก์ตอนสามารถมีชีวิตอยู่ได้ลึกกว่าใต้น้ำ ซึ่งสาเหตุหลักมาจากความโปร่งใสของน้ำในบริเวณทะเลมากกว่า เป็นที่ทราบกันว่าในทะเลและมหาสมุทรแพลงก์ตอนไดอะตอมขยายไปถึงระดับความลึก 100 เมตรหรือมากกว่านั้น ในทะเลดำที่ระดับความลึก 75-100 เมตร แพลงก์ตอนพืชประกอบด้วย ทาลัสซิโอนีมา นิทซ์ชิโอเดสและหลายประเภท นิทซ์เชียและที่นี่พวกมันอาศัยอยู่เป็นจำนวนมากกว่าในชั้นน้ำ 0-50 เมตร (Morozova-Vodyanitskaya, 1948-1954) หลายประเภท นิทซ์เชียดังที่ทราบกันดีว่าเปลี่ยนจากโภชนาการออโตโทรฟิคไปเป็นมิกซ์โซโทรฟิคและเฮเทอโรโทรฟิคได้อย่างง่ายดาย เห็นได้ชัดว่าแพลงก์ตอนสายพันธุ์ที่อาศัยอยู่ในโซนที่ไม่พึงปรารถนาและน่ากลัวของทะเลมีคุณสมบัติเหมือนกันคือสร้างแพลงก์ตอนเงาใต้ทะเลลึก อย่างไรก็ตาม Steemann Nielsen และ Hensen (1959) ถือว่าแพลงก์ตอนพืชบนพื้นผิวเป็น "แสง" ภายใต้สภาวะความเข้มของการแผ่รังสี 600-1200 lx และเป็น "เงา" ภายใต้สภาวะการแผ่รังสีต่ำ: 200-450 lx ตามที่นักวิจัยเหล่านี้ แพลงก์ตอนพืชบนพื้นผิวในฤดูหนาว เขตอบอุ่นเป็น "เงา" ธรรมดาๆ อย่างไรก็ตาม แพลงก์ตอนพืชในฤดูหนาวประกอบด้วยสายพันธุ์ช่วงปลายฤดูใบไม้ร่วงและต้นฤดูใบไม้ผลิ ซึ่งไม่สามารถจัดเป็นสายพันธุ์ "เงา" ได้ ควรตระหนักว่าปัญหาการสังเคราะห์แสงในไดอะตอมยังอยู่ในขั้นเริ่มต้นของการวิจัย และในประเด็นเร่งด่วนหลายประการของปัญหานี้ มีเพียงข้อมูลที่ไม่เป็นชิ้นเป็นอันและไม่ได้รับการยืนยันเท่านั้น

หลักการของวิธีออกซิเจนและเรดิโอคาร์บอนในการกำหนดการผลิตปฐมภูมิ (อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง) ภารกิจในการพิจารณาการทำลาย การผลิตขั้นต้นและสุทธิขั้นต้น

ที่ ข้อกำหนดเบื้องต้นต้องอยู่บนดาวเคราะห์โลกจึงจะเกิดชั้นโอโซนได้ หน้าจอโอโซนสามารถกั้นรังสี UV ได้ในช่วงใด?

ความสัมพันธ์ทางนิเวศรูปแบบใดที่ส่งผลเสียต่อสายพันธุ์

Amensalism - ประชากรกลุ่มหนึ่งส่งผลเสียต่ออีกกลุ่มหนึ่ง แต่ตัวมันเองไม่ได้รับอิทธิพลทั้งทางลบและทางบวก ตัวอย่างทั่วไปคือมงกุฎต้นไม้สูงที่ยับยั้งการเจริญเติบโตของพืชและมอสที่เติบโตต่ำเนื่องจากการปิดกั้นการเข้าถึงบางส่วน แสงแดด.

Allelopathy เป็นรูปแบบหนึ่งของยาปฏิชีวนะที่สิ่งมีชีวิตส่งผลเสียร่วมกันต่อกันและกันเนื่องจากปัจจัยสำคัญ (เช่นการหลั่งของสาร) พบมากในพืช มอส และเชื้อรา ยิ่งกว่านั้นอิทธิพลที่เป็นอันตรายของสิ่งมีชีวิตหนึ่งต่ออีกสิ่งมีชีวิตนั้นไม่จำเป็นต่อชีวิตของมันและไม่ก่อให้เกิดประโยชน์ใด ๆ

การแข่งขันเป็นรูปแบบหนึ่งของยาปฏิชีวนะซึ่งสิ่งมีชีวิตสองสายพันธุ์เป็นศัตรูทางชีวภาพโดยธรรมชาติ (มักเกิดจากการจัดหาอาหารร่วมกันหรือ ความพิการเพื่อการสืบพันธุ์) เช่น ระหว่างผู้ล่าชนิดเดียวกันและประชากรเดียวกันหรือ ประเภทต่างๆกินอาหารอย่างเดียวกันและอาศัยอยู่ในดินแดนเดียวกัน ในกรณีนี้ อันตรายที่เกิดกับสิ่งมีชีวิตหนึ่งจะเป็นประโยชน์ต่ออีกสิ่งมีชีวิตหนึ่ง และในทางกลับกัน

โอโซนเกิดขึ้นเมื่อรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์พุ่งชนโมเลกุลออกซิเจน (O2 -> O3)

การก่อตัวของโอโซนจากออกซิเจนไดอะตอมมิกธรรมดาต้องใช้พลังงานค่อนข้างมาก - เกือบ 150 กิโลจูลสำหรับแต่ละโมล

เป็นที่ทราบกันว่าโอโซนธรรมชาติจำนวนมากกระจุกตัวอยู่ในสตราโตสเฟียร์ที่ระดับความสูง 15 ถึง 50 กม. เหนือพื้นผิวโลก

โฟโตไลซิสของโมเลกุลออกซิเจนเกิดขึ้นในสตราโตสเฟียร์ภายใต้อิทธิพลของ รังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่น 175-200 นาโนเมตร และสูงถึง 242 นาโนเมตร

ปฏิกิริยาการเกิดโอโซน:

О2 + hν → 2О

O2 + O → O3

การดัดแปลงเรดิโอคาร์บอนมีดังต่อไปนี้ ไอโซโทปคาร์บอน 14C จะถูกเติมลงในตัวอย่างน้ำในรูปของโซเดียมคาร์บอเนตหรือโซเดียมไบคาร์บอเนตที่มีกัมมันตภาพรังสีที่ทราบ หลังจากสัมผัสขวดบางส่วน น้ำจากขวดจะถูกกรองผ่านตัวกรองเมมเบรน และกัมมันตภาพรังสีของเซลล์แพลงก์ตอนจะถูกกำหนดบนตัวกรอง

วิธีออกซิเจนในการกำหนดการผลิตปฐมภูมิของแหล่งกักเก็บ (วิธีขวด) - ขึ้นอยู่กับการกำหนดความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสง สาหร่ายแพลงก์ตอนในขวดที่ติดตั้งในอ่างเก็บน้ำที่ระดับความลึกต่างๆ รวมทั้งใน สภาพธรรมชาติ- โดยความแตกต่างของปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำในช่วงกลางวันและกลางคืน

ภารกิจในการพิจารณาการทำลายล้าง การผลิตขั้นต้นและสุทธิขั้นต้น?????

โซนยูโฟติกคือชั้นบนของมหาสมุทร ซึ่งมีแสงสว่างเพียงพอสำหรับกระบวนการสังเคราะห์แสงที่จะเกิดขึ้น ขอบล่างของโซนโฟติกจะผ่านที่ระดับความลึกถึง 1% ของแสงจากพื้นผิว อยู่ในโซนโฟติกที่แพลงก์ตอนพืชอาศัยอยู่ เช่นเดียวกับเรดิโอลาเรียน พืชเจริญเติบโต และสัตว์น้ำส่วนใหญ่อาศัยอยู่ ยิ่งใกล้กับขั้วโลกมากเท่าใด โซนภาพถ่ายก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น ดังนั้นที่เส้นศูนย์สูตรที่ไหน แสงอาทิตย์ตกเกือบในแนวตั้งความลึกของโซนสูงถึง 250 ม. ในขณะที่ Bely ไม่เกิน 25 ม.

ประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสงขึ้นอยู่กับภายในและ สภาพภายนอก. สำหรับใบไม้แต่ละใบที่วางในสภาวะพิเศษ ประสิทธิภาพการสังเคราะห์ด้วยแสงจะสูงถึง 20% อย่างไรก็ตาม กระบวนการสังเคราะห์หลักที่เกิดขึ้นในใบหรือในคลอโรพลาสต์ และการเก็บเกี่ยวครั้งสุดท้ายจะถูกแยกออกจากกันโดยกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายชุด ซึ่งพลังงานส่วนสำคัญที่สะสมไว้จะสูญเสียไป นอกจากนี้ ประสิทธิภาพการดูดซับพลังงานแสงยังถูกจำกัดอยู่ตลอดเวลาด้วยปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่กล่าวไปแล้ว เนื่องจากข้อจำกัดเหล่านี้ แม้ในพืชเกษตรที่ทันสมัยที่สุดภายใต้สภาวะการเจริญเติบโตที่เหมาะสม ประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะไม่เกิน 6-7%

สิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรมีตั้งแต่สาหร่ายเซลล์เดียวด้วยกล้องจุลทรรศน์และสัตว์ขนาดเล็กไปจนถึงปลาวาฬซึ่งมีความยาวมากกว่า 30 เมตรและใหญ่กว่าสัตว์ใดๆ ที่เคยอาศัยอยู่บนบก รวมถึงสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ ไดโนเสาร์ขนาดใหญ่. สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ในมหาสมุทรตั้งแต่ผิวน้ำจนถึงส่วนลึกที่สุด แต่ในบรรดาสิ่งมีชีวิตในพืช มีเพียงแบคทีเรียและเชื้อราบางชนิดเท่านั้นที่พบได้ทุกที่ในมหาสมุทร สิ่งมีชีวิตพืชที่เหลืออาศัยอยู่เฉพาะชั้นบนของมหาสมุทรที่มีการส่องสว่างเท่านั้น (ส่วนใหญ่อยู่ที่ระดับความลึกประมาณ 50-100 เมตร) ซึ่งสามารถเกิดการสังเคราะห์ด้วยแสงได้ พืชสังเคราะห์แสงสร้างการผลิตขั้นต้น เนื่องจากมีประชากรมหาสมุทรส่วนที่เหลืออยู่

พืชประมาณ 10,000 ชนิดอาศัยอยู่ในมหาสมุทรโลก แพลงก์ตอนพืชถูกครอบงำด้วยไดอะตอม, เพอริดิเนียน และ coccolithophores ที่แฟลเจลเลต พืชหน้าดินส่วนใหญ่ประกอบด้วยไดอะตอม สาหร่ายสีเขียว สาหร่ายสีน้ำตาล และสาหร่ายสีแดง ตลอดจนไม้ดอกล้มลุกหลายชนิด (เช่น งูสวัด)

บรรดาสัตว์ในมหาสมุทรมีความหลากหลายมากยิ่งขึ้น ตัวแทนของสัตว์มีชีวิตอิสระสมัยใหม่เกือบทุกประเภทอาศัยอยู่ในมหาสมุทร และหลายประเภทเป็นที่รู้จักในมหาสมุทรเท่านั้น บางชนิด เช่น ปลาซีลาแคนท์ครีบเป็นพู เป็นฟอสซิลที่มีชีวิตซึ่งบรรพบุรุษเคยเจริญรุ่งเรืองที่นี่เมื่อ 300 ล้านปีก่อน คนอื่น ๆ ก็ปรากฏตัวขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ สัตว์เหล่านี้มีมากกว่า 160,000 ชนิด: ประมาณ 15,000 โปรโตซัว (ส่วนใหญ่เป็น radiolarians, foraminifera, ciliates), ฟองน้ำ 5,000 ตัว, coelenterates ประมาณ 9,000 ตัว, หนอนต่าง ๆ มากกว่า 7,000 ตัว, หอย 80,000 ตัว, สัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็งมากกว่า 20,000 ตัว, 6,000 สัตว์จำพวกเอคโนเดิร์มและตัวแทนจำนวนไม่มากนักของกลุ่มสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังกลุ่มอื่น ๆ (ไบรโอซัว, แบรคิโอพอด, โพโกโนโฟรา, ทูนิเคตและอื่น ๆ อีกมากมาย) ปลาประมาณ 16,000 ตัว ในบรรดาสัตว์มีกระดูกสันหลังในมหาสมุทร นอกเหนือจากปลาแล้ว ยังมีเต่าและงู (ประมาณ 50 ชนิด) และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมากกว่า 100 ชนิด ส่วนใหญ่เป็นสัตว์จำพวกวาฬและสัตว์จำพวกพินนิเพด ชีวิตของนกบางชนิด (นกเพนกวิน อัลบาทรอส นกนางนวล ฯลฯ - ประมาณ 240 สายพันธุ์) นั้นเชื่อมโยงกับมหาสมุทรอยู่ตลอดเวลา

สัตว์หลากหลายสายพันธุ์มากที่สุดเป็นลักษณะเฉพาะของภูมิภาคเขตร้อน สัตว์พื้นถิ่นมีความหลากหลายโดยเฉพาะในแนวปะการังน้ำตื้น เมื่อความลึกเพิ่มขึ้น ความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรก็ลดลง อย่างมากที่สุด ความลึกมาก(มากกว่า 9,000-10,000 ม.) มีเพียงแบคทีเรียและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหลายสิบชนิดเท่านั้นที่อาศัยอยู่

สิ่งมีชีวิตรวมอย่างน้อย 60 องค์ประกอบทางเคมีซึ่งองค์ประกอบหลัก (องค์ประกอบทางชีวภาพ) คือ C, O, H, N, S, P, K, Fe, Ca และอื่น ๆ. สิ่งมีชีวิตได้ปรับตัวเข้ากับชีวิตภายใต้สภาวะที่รุนแรง แบคทีเรียพบได้แม้ในไฮโดรเทอร์มในมหาสมุทรที่อุณหภูมิ T = 200-250 o C อาการซึมเศร้าที่ลึกที่สุดสิ่งมีชีวิตในทะเลได้ปรับตัวให้อยู่ภายใต้ความกดดันมหาศาล

อย่างไรก็ตาม ผู้อยู่อาศัยในดินแดนนี้ก้าวหน้าไปมากในแง่ของความหลากหลายของสายพันธุ์ของผู้อยู่อาศัยในมหาสมุทร สาเหตุหลักมาจากแมลง นก และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม โดยทั่วไป จำนวนสิ่งมีชีวิตบนบกอย่างน้อยก็มีลำดับความสำคัญมากกว่าในมหาสมุทร: หนึ่งถึงสองล้านชนิดบนบก เทียบกับหลายแสนชนิดที่พบในมหาสมุทร เนื่องจากแหล่งที่อยู่อาศัยและสภาพทางนิเวศน์บนบกมีความหลากหลาย แต่ขณะเดียวกันทะเลก็เฉลิมฉลอง ความหลากหลายของรูปแบบชีวิตของพืชและสัตว์มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ พืชทะเลสองกลุ่มหลัก ได้แก่ สาหร่ายสีน้ำตาลและสาหร่ายสีแดง ไม่พบในน้ำจืดเลย สัตว์ทะเลโดยเฉพาะคือ echinoderms, chaetognaths และ chaetognathates รวมถึงคอร์ดที่ต่ำกว่า ในมหาสมุทรใน ปริมาณมหาศาลหอยแมลงภู่และหอยนางรมมีชีวิต ซึ่งได้รับอาหารโดยการกรองอนุภาคอินทรีย์จากน้ำ และสิ่งมีชีวิตทางทะเลอื่นๆ อีกหลายชนิดกินเศษซากจากก้นทะเล สำหรับหนอนบกทุกประเภท มีหนอนทะเลหลายร้อยสายพันธุ์ที่กินตะกอนด้านล่าง

สิ่งมีชีวิตในทะเลที่อาศัยอยู่ใน เงื่อนไขที่แตกต่างกันสภาพแวดล้อม การรับประทานอาหารที่แตกต่างกันและมีนิสัยที่แตกต่างกันสามารถนำไปสู่รูปแบบการใช้ชีวิตที่แตกต่างกันมากได้ บุคคลบางสายพันธุ์อาศัยอยู่ในที่เดียวและประพฤติแบบเดียวกันตลอดชีวิต นี่เป็นเรื่องปกติของแพลงก์ตอนพืชส่วนใหญ่ สัตว์ทะเลหลายชนิดเปลี่ยนวิถีชีวิตอย่างเป็นระบบตลอดวงจรชีวิต พวกมันผ่านระยะตัวอ่อน และเมื่อโตเต็มวัยแล้ว พวกมันจะเปลี่ยนไปใช้วิถีชีวิตแบบเน็กโทนิกหรือดำเนินวิถีชีวิตตามแบบฉบับของสิ่งมีชีวิตหน้าดิน สายพันธุ์อื่นอยู่ประจำหรืออาจไม่ผ่านระยะตัวอ่อนเลย นอกจากนี้ผู้ใหญ่หลายชนิดยังมีวิถีชีวิตที่แตกต่างกันไปเป็นครั้งคราว ตัวอย่างเช่น กุ้งล็อบสเตอร์สามารถคลานไปตามก้นทะเลหรือว่ายเหนือมันในระยะทางสั้นๆ ปูจำนวนมากออกจากโพรงอย่างปลอดภัยเพื่อเดินทางระยะสั้น ๆ เพื่อหาอาหารในระหว่างที่พวกมันคลานหรือว่ายน้ำ ปลาที่โตเต็มวัยส่วนใหญ่เป็นสิ่งมีชีวิต Nektonic ล้วนๆ แต่ในจำนวนนี้มีหลายชนิดที่อาศัยอยู่บริเวณก้นทะเล ตัวอย่างเช่น ปลาอย่างปลาคอดหรือปลาลิ้นหมาว่ายใกล้ก้นทะเลหรือนอนทับมันเกือบตลอดเวลา ปลาเหล่านี้เรียกว่าสัตว์หน้าดิน แม้ว่าพวกมันจะกินเฉพาะบนพื้นผิวของตะกอนด้านล่างเท่านั้น

ด้วยความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตในทะเล สิ่งมีชีวิตทั้งหมดจึงมีลักษณะเฉพาะคือการเติบโตและการสืบพันธุ์ซึ่งเป็นคุณสมบัติสำคัญของสิ่งมีชีวิต ในระหว่างนั้น ทุกส่วนของสิ่งมีชีวิตจะได้รับการต่ออายุ ดัดแปลง หรือพัฒนา เพื่อสนับสนุนกิจกรรมนี้ จะต้องสังเคราะห์สารประกอบทางเคมี นั่นคือสร้างขึ้นใหม่จากส่วนประกอบที่เล็กกว่าและเรียบง่ายกว่า ดังนั้น, การสังเคราะห์ทางชีวเคมีเป็นสัญญาณที่สำคัญที่สุดของสิ่งมีชีวิต

การสังเคราะห์ทางชีวเคมีเกิดขึ้นผ่านกระบวนการต่างๆ มากมาย เนื่องจากงานเสร็จสิ้นแล้ว แต่ละกระบวนการจึงต้องใช้แหล่งพลังงาน นี่เป็นกระบวนการสังเคราะห์แสงเป็นหลัก ในระหว่างนั้นสารประกอบอินทรีย์เกือบทั้งหมดที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตถูกสร้างขึ้นโดยใช้พลังงานของแสงแดด

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถอธิบายได้ด้วยสมการอย่างง่ายต่อไปนี้:

CO 2 + H 2 O + พลังงานจลน์ของแสงแดด = น้ำตาล + ออกซิเจน หรือคาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ + แสงแดด = น้ำตาล + ออกซิเจน

เพื่อให้เข้าใจถึงการดำรงอยู่พื้นฐานของสิ่งมีชีวิตในทะเล คุณจำเป็นต้องรู้คุณสมบัติสี่ประการของการสังเคราะห์ด้วยแสงดังต่อไปนี้:

มีเพียงสิ่งมีชีวิตในทะเลบางชนิดเท่านั้นที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ ซึ่งรวมถึงพืช (สาหร่าย หญ้า ไดอะตอม coccolithophores) และแฟลเจลเลตบางชนิด

วัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นสารประกอบอนินทรีย์อย่างง่าย (น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์)

ออกซิเจนเกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

พลังงานในรูปเคมีจะถูกเก็บไว้ในโมเลกุลน้ำตาล

พลังงานศักย์ที่สะสมอยู่ในโมเลกุลน้ำตาลถูกใช้โดยทั้งพืชและสัตว์เพื่อทำหน้าที่ของชีวิตที่จำเป็น

ดังนั้นพลังงานแสงอาทิตย์จึงถูกดูดซับในตอนแรก พืชสีเขียวและสะสมอยู่ในโมเลกุลน้ำตาล ต่อมาสามารถนำไปใช้โดยพืชเองหรือสัตว์บางชนิดที่บริโภคโมเลกุลน้ำตาลนี้เป็นส่วนหนึ่งของอาหารได้ ด้วยเหตุนี้ ทุกชีวิตบนโลกนี้ รวมถึงสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทร จึงขึ้นอยู่กับการไหลของพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งถูกเก็บรักษาไว้โดยชีวมณฑล เนื่องจากกิจกรรมการสังเคราะห์แสงของพืชสีเขียวและ รูปแบบทางเคมีถ่ายทอดในอาหารจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่ง

โครงสร้างหลักของสิ่งมีชีวิตคืออะตอมของคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เหล็ก ทองแดง โคบอลต์ และธาตุอื่นๆ เป็นสิ่งจำเป็นในปริมาณเล็กน้อย สิ่งไม่มีชีวิตซึ่งก่อตัวเป็นชิ้นส่วนของสิ่งมีชีวิตในทะเลประกอบด้วยสารประกอบของซิลิคอน แคลเซียม สตรอนเซียม และฟอสฟอรัส ดังนั้นการดำรงชีวิตในมหาสมุทรจึงสัมพันธ์กับการบริโภคสสารอย่างต่อเนื่อง พืชได้รับสารที่จำเป็นโดยตรงจากน้ำทะเล และสิ่งมีชีวิตจากสัตว์ยังได้รับสารบางชนิดจากอาหารอีกด้วย

ขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานที่ใช้ สิ่งมีชีวิตในทะเลแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: ออโตโทรฟิค (ออโตโทรฟ) และสิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิค (เฮเทอโรโทรฟ)

ออโตโทรฟ, หรือสิ่งมีชีวิตที่ "สร้างขึ้นเอง" จะสร้างสารประกอบอินทรีย์จากส่วนประกอบอนินทรีย์ของน้ำทะเลและดำเนินการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยใช้พลังงานของแสงแดด อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตออโตโทรฟิกด้วยวิธีให้อาหารแบบอื่นก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน ตัวอย่างเช่น จุลินทรีย์ที่สังเคราะห์ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H 2 S) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) ดึงพลังงานไม่ได้มาจากการไหลของรังสีดวงอาทิตย์ แต่มาจากสารประกอบบางชนิด เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ แทนที่จะใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ สามารถใช้ไนโตรเจน (N 2) และซัลเฟต (SO 4) เพื่อจุดประสงค์เดียวกันได้ ออโตโทรฟประเภทนี้เรียกว่า เคมีบำบัด ม โรแฟม ยู .

เฮเทอโรโทรฟ (“การรับประทานอาหารแบบอื่นๆ”) ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตที่พวกมันใช้เป็นอาหาร ในการมีชีวิตอยู่จะต้องบริโภคเนื้อเยื่อที่มีชีวิตหรือเนื้อเยื่อที่ตายแล้วจากสิ่งมีชีวิตอื่น อินทรียฺวัตถุอาหารของพวกเขาให้พลังงานเคมีทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวเคมีอิสระและสารที่จำเป็นสำหรับชีวิต

สิ่งมีชีวิตในทะเลแต่ละชนิดมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตอื่นและกับตัวน้ำ ตลอดจนลักษณะทางกายภาพและเคมีของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น ระบบปฏิสัมพันธ์นี้เกิดขึ้น ระบบนิเวศทางทะเล . ลักษณะที่สำคัญที่สุดของระบบนิเวศทางทะเลคือการถ่ายโอนพลังงานและสสาร โดยพื้นฐานแล้วมันเป็น “เครื่องจักร” ชนิดหนึ่งในการผลิตอินทรียวัตถุ

พลังงานแสงอาทิตย์ถูกพืชดูดกลืนและถ่ายโอนจากพืชไปยังสัตว์และแบคทีเรียในรูปของพลังงานศักย์ ห่วงโซ่อาหารหลัก . กลุ่มผู้บริโภคเหล่านี้แลกเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ แร่ธาตุ และออกซิเจนกับพืช ดังนั้นการไหลของสารอินทรีย์จึงถูกปิดและอนุรักษ์ไว้ สารชนิดเดียวกันจะไหลเวียนระหว่างส่วนประกอบที่มีชีวิตของระบบในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ เข้าสู่ระบบนี้โดยตรงหรือถูกเติมเต็มผ่านมหาสมุทร ในที่สุด พลังงานที่เข้ามาทั้งหมดจะกระจายไปในรูปของความร้อนอันเป็นผลมาจากกระบวนการทางกลและเคมีที่เกิดขึ้นในชีวมณฑล

ตารางที่ 9 แสดงคำอธิบายองค์ประกอบระบบนิเวศ โดยแสดงรายการสารอาหารพื้นฐานที่สุดที่พืชใช้ และองค์ประกอบทางชีวภาพของระบบนิเวศรวมทั้งสิ่งมีชีวิตและของตาย หลังจะค่อยๆแตกตัวออกเป็นอนุภาคทางชีวภาพเนื่องจากการย่อยสลายของแบคทีเรีย

สารตกค้างทางชีวภาพ ประกอบด้วยประมาณครึ่งหนึ่งของสารทั้งหมดในส่วนทางทะเลของชีวมณฑล แขวนลอยอยู่ในน้ำ ฝังอยู่ในตะกอนด้านล่าง และเกาะติดกับพื้นผิวที่ยื่นออกมาทั้งหมด พวกมันเป็นแหล่งอาหารจำนวนมหาศาล สัตว์ทะเลบางชนิดกินเฉพาะอินทรียวัตถุที่ตายแล้ว และสำหรับผู้อยู่อาศัยอื่นๆ บางครั้งสิ่งนี้เป็นส่วนสำคัญของอาหารนอกเหนือจากแพลงก์ตอนที่มีชีวิต แต่ถึงกระนั้นผู้บริโภคเศษซากอินทรีย์หลักก็ยังเป็นสิ่งมีชีวิตหน้าดิน

จำนวนสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในทะเลแตกต่างกันไปตามพื้นที่และเวลา น้ำทะเลสีฟ้าเขตร้อนในมหาสมุทรเปิดมีแพลงก์ตอนและเน็กตันน้อยกว่าน้ำทะเลสีเขียวของชายฝั่งอย่างมีนัยสำคัญ น้ำหนักรวมของสิ่งมีชีวิตในทะเลทุกชนิด (จุลินทรีย์ พืช และสัตว์) ต่อหน่วยพื้นผิวหรือปริมาตรของแหล่งที่อยู่อาศัย ชีวมวล โดยปกติจะแสดงเป็นมวลของวัตถุเปียกหรือแห้ง (g/m2, kg/ha, g/m3) ชีวมวลของพืชเรียกว่าไฟโตแมส ชีวมวลของสัตว์เรียกว่าซูมแมส

บทบาทหลักในกระบวนการสร้างอินทรียวัตถุใหม่ในแหล่งน้ำเป็นของสิ่งมีชีวิตที่มีคลอโรฟิลล์ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแพลงก์ตอนพืช การผลิตเบื้องต้น - ผลลัพธ์ของกิจกรรมที่สำคัญของแพลงก์ตอนพืช - แสดงถึงผลลัพธ์ของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงในระหว่างที่สังเคราะห์สารอินทรีย์จากส่วนประกอบแร่ของสิ่งแวดล้อม พืชที่สร้างมันขึ้นมาเรียกว่า n ผู้ผลิตหลัก . ในทะเลเปิดพวกมันสร้างอินทรียวัตถุเกือบทั้งหมด

ตารางที่ 9

องค์ประกอบของระบบนิเวศทางทะเล

ดังนั้น, การผลิตขั้นต้น หมายถึงมวลของอินทรียวัตถุที่เกิดขึ้นใหม่ในช่วงเวลาหนึ่ง การวัดการผลิตขั้นปฐมภูมิคืออัตราการก่อตัวใหม่ของอินทรียวัตถุ

มีผลิตภัณฑ์ขั้นต้นและสุทธิ การผลิตขั้นต้นขั้นต้นหมายถึงปริมาณอินทรียวัตถุทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นการผลิตขั้นต้นขั้นต้นที่เกี่ยวข้องกับแพลงก์ตอนพืชซึ่งเป็นการวัดการสังเคราะห์ด้วยแสงเนื่องจากจะให้แนวคิดเกี่ยวกับปริมาณของสสารและพลังงานที่ใช้ในการเปลี่ยนรูปของสสารและพลังงานในทะเลต่อไป. การผลิตขั้นต้นสุทธิหมายถึงส่วนหนึ่งของอินทรียวัตถุที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ซึ่งยังคงอยู่หลังจากถูกใช้ไปกับการเผาผลาญ และยังคงสามารถนำมาใช้โดยตรงโดยสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ในน้ำเป็นอาหาร

ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการบริโภคอาหารเรียกว่า เกี่ยวกับโภชนาการ . เป็นแนวคิดที่สำคัญในชีววิทยาทางทะเล

ระดับโภชนาการระดับแรกจะแสดงด้วยแพลงก์ตอนพืช ระดับโภชนาการที่สองเกิดจากแพลงก์ตอนสัตว์ที่กินพืชเป็นอาหาร ปริมาณมวลชีวภาพทั้งหมดที่เกิดขึ้นต่อหน่วยเวลาในระดับนี้คือ ผลิตภัณฑ์รองของระบบนิเวศ ระดับโภชนาการที่สามแสดงโดยสัตว์กินเนื้อ หรือสัตว์นักล่าอันดับหนึ่ง และสัตว์กินพืชทุกชนิด การผลิตรวมในระดับนี้เรียกว่าระดับอุดมศึกษา ระดับโภชนาการที่สี่นั้นเกิดจากสัตว์นักล่าอันดับสองที่กินสิ่งมีชีวิตที่มีระดับสารอาหารต่ำกว่า ในที่สุดในระดับโภชนาการที่ห้าก็มีผู้ล่าอันดับสาม

การทำความเข้าใจระดับโภชนาการช่วยให้เราสามารถตัดสินประสิทธิภาพของระบบนิเวศได้ พลังงานจากดวงอาทิตย์หรือเป็นส่วนหนึ่งของอาหารจะถูกส่งไปยังแต่ละระดับโภชนาการ พลังงานส่วนสำคัญที่ได้รับในระดับใดระดับหนึ่งจะกระจายไปที่นั่นและไม่สามารถถ่ายโอนไปยังระดับที่สูงกว่าได้ การสูญเสียเหล่านี้รวมถึงงานทางกายภาพและเคมีทั้งหมดที่สิ่งมีชีวิตทำเพื่อรักษาตัวเอง นอกจากนี้ สัตว์ในระดับโภชนาการที่สูงกว่าจะบริโภคผลผลิตในระดับที่ต่ำกว่าในสัดส่วนที่แน่นอนเท่านั้น พืชและสัตว์บางชนิดตายไปด้วยเหตุผลทางธรรมชาติ เป็นผลให้ปริมาณพลังงานที่ถูกสกัดจากระดับโภชนาการโดยสิ่งมีชีวิตในระดับที่สูงกว่าของสายใยอาหารจะน้อยกว่าปริมาณพลังงานที่จ่ายไปยังระดับที่ต่ำกว่า เรียกว่าอัตราส่วนของปริมาณพลังงานที่สอดคล้องกัน ประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อม ระดับโภชนาการและโดยปกติจะเป็น 0.1-0.2 ค่าประสิทธิภาพเชิงนิเวศน์ ระดับโภชนาการใช้ในการคำนวณการผลิตทางชีวภาพ

ข้าว. ภาพที่ 41 แสดงในรูปแบบที่เรียบง่ายของการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของพลังงานและสสารที่ไหลในมหาสมุทรจริง ในมหาสมุทรเปิด โซนยูโฟติกซึ่งเกิดการสังเคราะห์ด้วยแสง และพื้นที่ลึกซึ่งไม่มีการสังเคราะห์ด้วยแสง จะถูกแยกออกจากกันด้วยระยะห่างพอสมควร มันหมายความว่าอย่างนั้น การถ่ายโอนพลังงานเคมีลงสู่ชั้นน้ำลึกทำให้สารอาหาร (สารอาหาร) ออกจากน้ำผิวดินอย่างต่อเนื่องและมีนัยสำคัญ

ข้าว. 41. ทิศทางหลักของการแลกเปลี่ยนพลังงานและสสารในมหาสมุทร

ดังนั้นกระบวนการแลกเปลี่ยนพลังงานและสสารในมหาสมุทรร่วมกันจึงก่อให้เกิดปั๊มทางนิเวศ โดยสูบสารอาหารพื้นฐานออกจากชั้นผิว หากกระบวนการตรงกันข้ามไม่ดำเนินการเพื่อชดเชยการสูญเสียสสาร น้ำผิวดินในมหาสมุทรก็จะสูญเสียสารอาหารทั้งหมดและชีวิตก็จะแห้งเหือด มหันตภัยนี้มิได้เกิดขึ้นเพียงแต่เนื่องมาจากการที่น้ำลึกขึ้นสู่ผิวน้ำจาก ความเร็วเฉลี่ยประมาณ 300 ม./ปี การเพิ่มขึ้นของน้ำลึกที่อิ่มตัวด้วยสารอาหารจะรุนแรงเป็นพิเศษตามแนวชายฝั่งตะวันตกของทวีป ใกล้เส้นศูนย์สูตร และในละติจูดสูง ซึ่งเทอร์โมไคลน์ตามฤดูกาลถูกทำลาย และความหนาที่สำคัญของน้ำถูกปกคลุมไปด้วยการผสมแบบพาความร้อน

เนื่องจากการผลิตทั้งหมดของระบบนิเวศทางทะเลถูกกำหนดโดยปริมาณการผลิตในระดับโภชนาการแรก จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าปัจจัยใดที่มีอิทธิพลต่อมัน ปัจจัยเหล่านี้ได้แก่:

การส่องสว่างของชั้นผิว น้ำทะเล

อุณหภูมิของน้ำ

การจัดหาสารอาหารสู่พื้นผิว

อัตราการบริโภค (การกิน) สิ่งมีชีวิตของพืช

การส่องสว่างของชั้นผิวน้ำ กำหนดความเข้มของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังนั้นปริมาณพลังงานแสงที่เข้าสู่พื้นที่มหาสมุทรโดยเฉพาะจะจำกัดปริมาณการผลิตสารอินทรีย์ ในตัวฉัน ในทางกลับกัน ความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์จะถูกกำหนดโดยปัจจัยทางภูมิศาสตร์และอุตุนิยมวิทยาโดยเฉพาะ ความสูงของดวงอาทิตย์เหนือเส้นขอบฟ้าและความขุ่นมัว ในน้ำ ความเข้มของแสงจะลดลงอย่างรวดเร็วตามความลึก เป็นผลให้เขตการผลิตหลักถูกจำกัดไว้ที่ความสูงไม่กี่สิบเมตรบน ในน่านน้ำชายฝั่ง ซึ่งโดยปกติจะมีสารแขวนลอยมากกว่าในน่านน้ำมหาสมุทรเปิดอย่างมีนัยสำคัญ แสงที่ทะลุผ่านได้ยากยิ่งขึ้น

อุณหภูมิของน้ำ ยังส่งผลต่อปริมาณการผลิตขั้นต้นด้วย ที่ความเข้มของแสงเท่ากัน ความเร็วสูงสุดการสังเคราะห์ด้วยแสงทำได้โดยสาหร่ายแต่ละชนิดในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดเท่านั้น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงสัมพันธ์กับช่วงที่เหมาะสมที่สุดนี้ ส่งผลให้การผลิตการสังเคราะห์แสงลดลง อย่างไรก็ตาม ในมหาสมุทรส่วนใหญ่ อุณหภูมิของน้ำต่ำกว่าระดับที่เหมาะสมสำหรับแพลงก์ตอนพืชหลายชนิด ดังนั้นการอุ่นน้ำตามฤดูกาลทำให้อัตราการสังเคราะห์แสงเพิ่มขึ้น อัตราการสังเคราะห์แสงสูงสุดในสาหร่ายประเภทต่างๆ สังเกตได้ที่อุณหภูมิประมาณ 20°C

เพื่อการดำรงอยู่ของพืชทะเลก็เป็นสิ่งจำเป็น สารอาหาร - องค์ประกอบมาโครและจุลินทรีย์ Macrobiogens - จำเป็นต้องใช้ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส ซิลิคอน แมกนีเซียม แคลเซียม และโพแทสเซียมในปริมาณที่ค่อนข้างมาก ไมโครไบโอเจน ซึ่งก็คือองค์ประกอบที่ต้องการในปริมาณน้อยที่สุด ได้แก่ เหล็ก แมงกานีส ทองแดง สังกะสี โบรอน โซเดียม โมลิบดีนัม คลอรีน และวานาเดียม

ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และซิลิคอนบรรจุอยู่ในน้ำในปริมาณเล็กน้อยจนไม่สามารถตอบสนองความต้องการของพืชและจำกัดความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสจำเป็นต่อการสร้างสสารของเซลล์ นอกจากนี้ ฟอสฟอรัสยังมีส่วนร่วมในกระบวนการพลังงานอีกด้วย จำเป็นต้องมีไนโตรเจนมากกว่าฟอสฟอรัสเนื่องจากในพืชอัตราส่วนไนโตรเจน: ฟอสฟอรัสจะอยู่ที่ประมาณ 16: 1 โดยทั่วไปนี่คืออัตราส่วนของความเข้มข้นขององค์ประกอบเหล่านี้ใน น้ำทะเล. อย่างไรก็ตาม ในน่านน้ำชายฝั่ง กระบวนการฟื้นฟูไนโตรเจน (นั่นคือ กระบวนการที่คืนไนโตรเจนให้กับน้ำในรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับการบริโภคของพืช) จะช้ากว่ากระบวนการฟื้นฟูฟอสฟอรัส ดังนั้นในพื้นที่ชายฝั่งทะเลหลายแห่ง ปริมาณไนโตรเจนจึงลดลงเมื่อเทียบกับปริมาณฟอสฟอรัส และทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบที่จำกัดความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ซิลิคอนถูกใช้ในปริมาณมากโดยสิ่งมีชีวิตแพลงก์ตอนพืชสองกลุ่ม - ไดอะตอมและไดโนแฟลเจลเลต (แฟลเจลเลต) ซึ่งสร้างโครงกระดูกจากมัน บางครั้งพวกเขาแยกซิลิคอนออกจากน้ำผิวดินอย่างรวดเร็วจนผลจากการขาดแคลนซิลิคอนเริ่มจำกัดการพัฒนาของพวกเขา เป็นผลให้หลังจากการระบาดตามฤดูกาลของแพลงก์ตอนพืชที่บริโภคซิลิคอน การพัฒนาอย่างรวดเร็วของแพลงก์ตอนพืชในรูปแบบที่ "ไม่เป็นทราย" จึงเริ่มต้นขึ้น

การบริโภค (แทะเล็ม) ของแพลงก์ตอนพืช แพลงก์ตอนสัตว์ส่งผลต่อปริมาณการผลิตขั้นต้นทันที เนื่องจากพืชแต่ละชนิดที่กินเข้าไปจะไม่เติบโตและสืบพันธุ์อีกต่อไป ดังนั้นความเข้มข้นของการแทะเล็มจึงเป็นปัจจัยหนึ่งที่มีอิทธิพลต่ออัตราการสร้างการผลิตขั้นปฐมภูมิ ในสถานการณ์ที่สมดุล ความเข้มของการแทะเล็มควรอยู่ในระดับที่ชีวมวลแพลงก์ตอนพืชยังคงอยู่ที่ระดับคงที่ เมื่อการผลิตขั้นต้นเพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นของประชากรแพลงก์ตอนสัตว์หรืออัตราการแทะเล็มหญ้าในทางทฤษฎีอาจทำให้ระบบกลับเข้าสู่สภาวะสมดุลได้ อย่างไรก็ตาม แพลงก์ตอนสัตว์ต้องใช้เวลาในการสืบพันธุ์ ดังนั้น แม้ว่าปัจจัยอื่นๆ จะคงที่ แต่ก็ไม่สามารถบรรลุสภาวะคงตัวได้ และจำนวนสิ่งมีชีวิตในสวนสัตว์และแพลงก์ตอนพืชจะผันผวนในระดับสมดุล

ผลผลิตทางชีวภาพของน้ำทะเล เปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัดในอวกาศ พื้นที่ที่ให้ผลผลิตสูง ได้แก่ ไหล่ทวีปและน่านน้ำมหาสมุทรเปิด ซึ่งผลจากการเพิ่มขึ้นทำให้น้ำผิวดินอุดมด้วยสารอาหาร ผลผลิตที่สูงของน้ำกักเก็บยังถูกกำหนดโดยข้อเท็จจริงที่ว่าน้ำกักเก็บที่ค่อนข้างตื้นนั้นอุ่นกว่าและส่องสว่างได้ดีกว่า น้ำในแม่น้ำที่อุดมด้วยสารอาหารไหลมาที่นี่เป็นหลัก นอกจากนี้การจัดหาสารอาหารยังถูกเติมเต็มโดยการสลายตัวของอินทรียวัตถุเข้าไป ก้นทะเล.. ในมหาสมุทรเปิดพื้นที่ของพื้นที่ที่ให้ผลผลิตสูงนั้นไม่มีนัยสำคัญเนื่องจากสามารถตรวจสอบไจโรแอนติไซโคลนแบบกึ่งเขตร้อนระดับดาวเคราะห์ซึ่งมีลักษณะของกระบวนการทรุดตัวของน้ำผิวดินได้ที่นี่

น่านน้ำในมหาสมุทรเปิดที่มีผลผลิตมากที่สุดนั้นจำกัดอยู่ในละติจูดสูง ขอบเขตทางเหนือและใต้มักจะตรงกับละติจูด 50 0 ในซีกโลกทั้งสอง การระบายความร้อนในฤดูใบไม้ร่วง-ฤดูหนาวที่นี่นำไปสู่การหมุนเวียนที่ทรงพลังและการกำจัดสารอาหารจากชั้นลึกสู่พื้นผิว อย่างไรก็ตาม เมื่อเราเคลื่อนเข้าสู่ละติจูดสูง ผลผลิตจะเริ่มลดลงเนื่องจากอุณหภูมิต่ำมีมากกว่าปกติ การส่องสว่างที่แย่ลงเนื่องจากดวงอาทิตย์อยู่สูงเหนือเส้นขอบฟ้าและน้ำแข็งปกคลุมอยู่ต่ำ

พื้นที่ที่มีการขึ้นชายฝั่งอย่างรุนแรงในเขตกระแสน้ำบริเวณชายฝั่งตะวันออกของมหาสมุทรนอกชายฝั่งเปรู ออริกอน เซเนกัล และแอฟริกาตะวันตกเฉียงใต้มีประสิทธิผลสูง

ในทุกพื้นที่ของมหาสมุทร ปริมาณการผลิตขั้นต้นจะแปรผันตามฤดูกาล เนื่องจากการตอบสนองทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิตแพลงก์ตอนพืชต่อการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลในสภาพทางกายภาพของที่อยู่อาศัย โดยเฉพาะแสง ความแรงลม และอุณหภูมิของน้ำ ความแตกต่างตามฤดูกาลที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือลักษณะของทะเลในเขตอบอุ่น เนื่องจากความเฉื่อยทางความร้อนของมหาสมุทร การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิน้ำผิวดินจึงช้ากว่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศ ดังนั้นในซีกโลกเหนือ อุณหภูมิของน้ำสูงสุดจึงถูกสังเกตในเดือนสิงหาคมและต่ำสุดในเดือนกุมภาพันธ์ เมื่อสิ้นสุดฤดูหนาว เนื่องจากอุณหภูมิของน้ำต่ำและรังสีแสงอาทิตย์ที่ทะลุลงไปในน้ำลดลง จำนวนไดอะตอมและไดโนแฟลเจลเลตจึงลดลงอย่างมาก ขณะเดียวกัน เนื่องจากการระบายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญและพายุฤดูหนาว น้ำผิวดินจึงถูกผสมให้ลึกมากขึ้นโดยการพาความร้อน การเพิ่มขึ้นของน้ำลึกที่อุดมด้วยสารอาหารทำให้ปริมาณน้ำในชั้นผิวเพิ่มขึ้น ด้วยน้ำอุ่นและระดับแสงที่เพิ่มขึ้น สภาวะที่เหมาะสมจะถูกสร้างขึ้นสำหรับการพัฒนาไดอะตอม และสังเกตการระบาดของจำนวนสิ่งมีชีวิตแพลงก์ตอนพืช

ในช่วงต้นฤดูร้อน แม้ว่าอุณหภูมิและสภาพแสงจะเหมาะสม แต่ก็มีปัจจัยหลายประการที่ทำให้จำนวนไดอะตอมลดลง ประการแรก ชีวมวลของมันลดลงเนื่องจากการแทะเล็มโดยแพลงก์ตอนสัตว์ ประการที่สอง เนื่องจากความร้อนของน้ำผิวดิน จึงมีการสร้างการแบ่งชั้นที่แข็งแกร่ง ระงับการผสมในแนวตั้ง และด้วยเหตุนี้ การกำจัดน้ำลึกที่อุดมด้วยสารอาหารออกสู่ผิวน้ำ สภาวะที่เหมาะสมที่สุดในเวลานี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อการพัฒนาไดโนแฟลเจลเลตและแพลงก์ตอนพืชรูปแบบอื่นๆ ที่ไม่ต้องใช้ซิลิคอนในการสร้างโครงกระดูก ในฤดูใบไม้ร่วง เมื่อแสงสว่างยังเพียงพอสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง เนื่องจากการระบายความร้อนของน้ำผิวดิน เทอร์โมไคลน์จะถูกทำลาย ทำให้เกิดเงื่อนไขสำหรับการผสมแบบพาความร้อน น้ำผิวดินเริ่มได้รับการเติมเต็มด้วยสารอาหารจากชั้นน้ำที่ลึกลงไป และผลผลิตของมันเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการพัฒนาของไดอะตอม เมื่ออุณหภูมิและแสงลดลงอีก จำนวนสิ่งมีชีวิตแพลงก์ตอนพืชทุกชนิดจะลดลงจนเหลือระดับฤดูหนาวที่ต่ำ ในเวลาเดียวกัน สิ่งมีชีวิตหลายชนิดตกอยู่ในแอนิเมชันที่ถูกระงับ โดยทำหน้าที่เป็น "วัสดุเมล็ดพันธุ์" สำหรับการระบาดในฤดูใบไม้ผลิในอนาคต

ที่ละติจูดต่ำ การเปลี่ยนแปลงในประสิทธิภาพการผลิตค่อนข้างน้อย และสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงการหมุนเวียนในแนวตั้งเป็นหลัก น้ำผิวดินมักจะอุ่นมากและคุณลักษณะคงที่ของน้ำคือเทอร์โมไคลน์ที่เด่นชัด ด้วยเหตุนี้ การกำจัดน้ำที่ลึกและอุดมด้วยสารอาหารจากใต้เทอร์โมไคลน์ลงสู่ชั้นผิวจึงเป็นไปไม่ได้ ดังนั้น แม้ว่าจะมีเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยอื่นๆ แต่ผลผลิตที่ต่ำก็ยังห่างไกลจากพื้นที่ที่มีน้ำเพิ่มขึ้นในทะเลเขตร้อน

มหาสมุทรและทะเลครอบครองพื้นที่ 71% (มากกว่า 360 ล้าน km2) ของพื้นผิวโลก ประกอบด้วยน้ำประมาณ 1,370 ล้าน km3 ห้า มหาสมุทรอันกว้างใหญ่- แปซิฟิก แอตแลนติก อินเดีย อาร์กติก และภาคใต้ - เชื่อมต่อถึงกันผ่านทางทะเลเปิด ในบางส่วนของมหาสมุทรอาร์กติกและมหาสมุทรใต้ ไหล่ทวีปที่กลายเป็นน้ำแข็งอย่างถาวรได้ก่อตัวขึ้น โดยยื่นออกมาจากชายฝั่ง (ชั้นน้ำแข็ง) ในพื้นที่ที่อบอุ่นกว่าเล็กน้อย ทะเลจะกลายเป็นน้ำแข็งเฉพาะในฤดูหนาว ก่อตัวเป็นก้อนน้ำแข็ง (ทุ่งน้ำแข็งขนาดใหญ่ลอยน้ำหนาได้ถึง 2 เมตร) สัตว์ทะเลบางชนิดใช้ลมเดินทางข้ามทะเล Physalia ("วีรบุรุษแห่งสงครามชาวโปรตุเกส") มีกระเพาะปัสสาวะที่เต็มไปด้วยก๊าซซึ่งช่วยจับลม ยานติน่าปล่อยฟองอากาศที่ทำหน้าที่เป็นแพลอยน้ำของเธอ

ความลึกของน้ำโดยเฉลี่ยในมหาสมุทรอยู่ที่ 4,000 เมตร แต่ในบางพื้นที่ของมหาสมุทรอาจมีความลึกถึง 11,000 เมตร ภายใต้อิทธิพลของลม คลื่น กระแสน้ำ และกระแสน้ำ น้ำทะเลจึงมีการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง คลื่นที่เกิดจากลมไม่ส่งผลกระทบลึก ฝูงน้ำ. ซึ่งกระทำโดยกระแสน้ำซึ่งเคลื่อนน้ำเป็นระยะที่สอดคล้องกับระยะของดวงจันทร์ กระแสน้ำนำพาน้ำระหว่างมหาสมุทร กระแสน้ำบนพื้นผิว เคลื่อนที่ หมุนอย่างช้าๆ ตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือ และทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้

ก้นมหาสมุทร:

พื้นมหาสมุทรส่วนใหญ่เป็น ที่ราบเรียบอย่างไรก็ตาม ในบางพื้นที่มีภูเขาสูงตระหง่านหลายพันเมตร บางครั้งพวกมันจะลอยขึ้นเหนือผิวน้ำในรูปแบบของเกาะต่างๆ เกาะเหล่านี้หลายแห่งมีภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นหรือดับแล้ว เทือกเขาทอดยาวพาดผ่านตอนกลางของก้นมหาสมุทรหลายแห่ง พวกมันเติบโตอย่างต่อเนื่องเนื่องจากมีการหลั่งไหลเข้ามา ลาวาภูเขาไฟ. กระแสน้ำใหม่แต่ละครั้งที่นำหินขึ้นสู่พื้นผิวสันเขาใต้น้ำก่อให้เกิดภูมิประเทศของพื้นมหาสมุทร

พื้นมหาสมุทรส่วนใหญ่ถูกปกคลุมไปด้วยทรายหรือตะกอน - พวกมันถูกแม่น้ำพัดพามา บางแห่งมีน้ำพุร้อนซึ่งมีกำมะถันและแร่ธาตุอื่นๆ สะสมอยู่ ซากพืชและสัตว์ที่มีกล้องจุลทรรศน์จะจมลงจากพื้นผิวมหาสมุทรลงสู่ก้นมหาสมุทร ก่อตัวเป็นชั้นของอนุภาคเล็กๆ (ตะกอนอินทรีย์) ภายใต้แรงกดดันจากน้ำที่อยู่ด้านบนและชั้นตะกอนใหม่ ตะกอนที่หลุดออกมาจะค่อยๆ กลายเป็นหิน

โซนมหาสมุทร:

ในส่วนลึกของมหาสมุทรสามารถแบ่งออกเป็นสามโซน ในบริเวณผิวน้ำที่มีแสงแดดสดใสด้านบน ซึ่งเรียกว่าโซนสังเคราะห์แสง ปลาทะเลส่วนใหญ่ว่ายน้ำเช่นเดียวกับแพลงก์ตอน (ชุมชนของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กจิ๋วนับพันล้านที่อาศัยอยู่ในแถวน้ำ) ใต้โซนการสังเคราะห์ด้วยแสงคือโซนพลบค่ำที่มีแสงสลัวและน้ำเย็นลึกของโซนที่มืดมน พบรูปแบบสิ่งมีชีวิตน้อยลงในโซนด้านล่าง - ส่วนใหญ่เป็นปลาที่กินเนื้อเป็นอาหาร (สัตว์นักล่า) อาศัยอยู่ที่นั่น

ในน้ำทะเลส่วนใหญ่อุณหภูมิจะเท่ากันโดยประมาณ - ประมาณ 4 °C เมื่อบุคคลดำดิ่งลึกลงไป แรงดันน้ำจากด้านบนจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้ยากต่อการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ที่ระดับความลึกที่มากขึ้น อุณหภูมิจะลดลงเหลือ 2 °C แสงสว่างจะน้อยลงเรื่อยๆ จนกระทั่งในที่สุด ที่ระดับความลึก 1,000 เมตร ความมืดมิดก็ครอบงำ

ชีวิตบนผิวน้ำ:

แพลงก์ตอนพืชและสัตว์ในเขตสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นอาหารของสัตว์ขนาดเล็ก เช่น สัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็ง กุ้ง และตัวอ่อน ปลาดาวปูและอื่น ๆ สัตว์ทะเล. ห่างจากน่านน้ำชายฝั่งที่มีที่กำบัง สัตว์โลกมีความหลากหลายน้อยกว่า แต่มีปลามากมายอาศัยอยู่ที่นี่และ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดใหญ่- เช่น วาฬ โลมา ปลาโลมา บางตัว (วาฬบาลีน ฉลามยักษ์) หาอาหารโดยการกรองน้ำแล้วกลืนแพลงก์ตอนที่อยู่ในนั้นเข้าไป อื่นๆ (ฉลามขาว ปลาสาก) กินปลาชนิดอื่นเป็นอาหาร

ชีวิตในทะเลลึก:

ในน้ำลึกที่เย็นและมืดของมหาสมุทร สัตว์ล่าสัตว์สามารถตรวจจับเงาของเหยื่อได้ในแสงสลัวที่สุด โดยแทบจะไม่ทะลุจากด้านบนเลย ที่นี่ ปลาจำนวนมากมีเกล็ดสีเงินอยู่ที่ด้านข้าง โดยจะสะท้อนแสงและอำพรางรูปร่างของเจ้าของ ปลาบางชนิดแบนด้านข้างมีเงาแคบมากแทบจะสังเกตไม่เห็น ปลาหลายชนิดมีปากที่ใหญ่และสามารถกินเหยื่อที่มีขนาดใหญ่กว่าได้ ฮาวลิออดและปลาแฮทเช็ตว่ายโดยอ้าปากกว้าง และคว้าทุกวิถีทางที่สามารถทำได้ระหว่างทาง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกของเรา กระบวนการนี้ซึ่งเกิดขึ้นในพืชบก สาหร่าย และแบคทีเรียหลายชนิด เป็นตัวกำหนดการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตเกือบทุกรูปแบบบนโลก โดยเปลี่ยนกระแสแสงแดดให้เป็นพลังงาน พันธะเคมีซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังจุดสูงสุดของห่วงโซ่อาหารทีละขั้นตอน

เป็นไปได้มากว่ากระบวนการเดียวกันในคราวเดียวเป็นจุดเริ่มต้นของการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของความดันบางส่วนของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศของโลกและสัดส่วนที่ลดลง คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งท้ายที่สุดก็นำไปสู่การเจริญรุ่งเรืองของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนมากมาย และจนถึงขณะนี้ตามที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนกล่าวว่ามีเพียงการสังเคราะห์ด้วยแสงเท่านั้นที่สามารถควบคุมการโจมตีอย่างรวดเร็วของ CO 2 ที่ปล่อยออกสู่อากาศอันเป็นผลมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนประเภทต่างๆ หลายล้านตันโดยมนุษย์ในแต่ละวัน

การค้นพบครั้งใหม่โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันบังคับให้เราต้องพิจารณากระบวนการสังเคราะห์แสงใหม่

ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง "ปกติ" ก๊าซสำคัญนี้จะถูกผลิตขึ้นเป็น "ผลพลอยได้" ในโหมดปกติ จำเป็นต้องใช้ "โรงงาน" สังเคราะห์แสงเพื่อจับคาร์บอนไดออกไซด์และผลิตคาร์โบไฮเดรต ซึ่งต่อมาจะทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานในกระบวนการต่างๆ ภายในเซลล์ พลังงานแสงใน "โรงงาน" เหล่านี้ใช้ในการสลายโมเลกุลของน้ำ ในระหว่างนี้อิเล็กตรอนที่จำเป็นสำหรับการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์โบไฮเดรตจะถูกปล่อยออกมา ในระหว่างการสลายตัวนี้ ออกซิเจน O 2 ก็จะถูกปล่อยออกมาเช่นกัน

ในกระบวนการที่เพิ่งค้นพบนี้ มีเพียงส่วนเล็กๆ ของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของน้ำเท่านั้นที่จะถูกนำมาใช้เพื่อดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ ส่วนแบ่งของสิงโตในระหว่างกระบวนการย้อนกลับไปที่การก่อตัวของโมเลกุลน้ำจากออกซิเจนที่ "ปล่อยออกมาใหม่" ในกรณีนี้ พลังงานที่ถูกแปลงในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์แสงที่เพิ่งค้นพบจะไม่ถูกจัดเก็บในรูปของคาร์โบไฮเดรต แต่จะถูกส่งโดยตรงไปยังผู้ใช้พลังงานในเซลล์ที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม กลไกโดยละเอียดของกระบวนการนี้ยังคงเป็นปริศนา

จากภายนอกอาจดูเหมือนว่าการปรับเปลี่ยนกระบวนการสังเคราะห์แสงดังกล่าวเป็นการเสียเวลาและพลังงานจากดวงอาทิตย์ ไม่น่าเชื่อว่าในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต ที่ซึ่งการลองผิดลองถูกเชิงวิวัฒนาการมาเป็นเวลาหลายพันล้านปี ทุกรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ กลายเป็นว่ามีประสิทธิภาพอย่างยิ่งยวด กระบวนการที่มีประสิทธิภาพต่ำเช่นนี้ก็สามารถดำรงอยู่ได้

อย่างไรก็ตาม ตัวเลือกนี้ช่วยให้คุณสามารถปกป้องอุปกรณ์สังเคราะห์แสงที่ซับซ้อนและเปราะบางจากการถูกแสงแดดมากเกินไป

ความจริงก็คือกระบวนการสังเคราะห์แสงในแบคทีเรียไม่สามารถหยุดได้ง่ายๆ หากไม่มีส่วนผสมที่จำเป็น สิ่งแวดล้อม. ตราบใดที่จุลินทรีย์ยังได้รับรังสีจากแสงอาทิตย์ พวกมันก็ถูกบังคับให้เปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานของพันธะเคมี ในกรณีที่ไม่มีองค์ประกอบที่จำเป็น การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถนำไปสู่การก่อตัวของอนุมูลอิสระที่ทำลายทั้งเซลล์ ดังนั้นไซยาโนแบคทีเรียจึงไม่สามารถทำได้หากไม่มีตัวเลือกสำรองในการแปลงพลังงานโฟตอนจากน้ำเป็นน้ำ

ผลกระทบของการเปลี่ยน CO 2 ไปเป็นคาร์โบไฮเดรตที่ลดลงและการปลดปล่อยออกซิเจนโมเลกุลที่ลดลงนี้ ได้รับการสังเกตแล้วในการศึกษาชุดล่าสุดใน สภาพธรรมชาติแอตแลนติกและ มหาสมุทรแปซิฟิก. เมื่อปรากฏออกมา พบว่ามีสารอาหารและไอออนของธาตุเหล็กในระดับต่ำในพื้นที่น้ำเกือบครึ่งหนึ่ง เพราะฉะนั้น,

พลังงานประมาณครึ่งหนึ่งจากแสงอาทิตย์ที่ส่งถึงผู้อาศัยในน้ำเหล่านี้จะถูกแปลงโดยการเลี่ยงกลไกปกติในการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และปล่อยออกซิเจน

ซึ่งหมายความว่าการมีส่วนร่วมของออโตโทรฟทางทะเลต่อกระบวนการดูดซับ CO 2 นั้นถูกประเมินค่าสูงไปก่อนหน้านี้อย่างมีนัยสำคัญ

ในฐานะผู้เชี่ยวชาญคนหนึ่งในภาควิชานิเวศวิทยาโลกที่สถาบันคาร์เนกี โจ บิวรี การค้นพบครั้งใหม่นี้จะเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกระบวนการแปรรูปพลังงานแสงอาทิตย์ในเซลล์ของจุลินทรีย์ในทะเลไปอย่างมาก ตามที่เขาพูดนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้เปิดเผยกลไกของกระบวนการใหม่ แต่การดำรงอยู่ของมันจะทำให้เราต้องพิจารณาการประมาณระดับการดูดซึมการสังเคราะห์แสงของ CO 2 ในน่านน้ำโลกที่แตกต่างออกไป