下雪,下雪,下雪


哦,黑暗的深海令人恐惧, 


但是食物不是那么令人愉快


但是既然我们’没地方可去,


让它海洋雪!让它海洋雪!让它海洋雪!

The deep-sea floor is a 补丁 镶嵌 of habitats

在1960年代后期,两位海洋生物学家Howard Sanders和Robert Hessler做出了令人震惊的发现–深海海底的生物多样性高得惊人。在一个茶几大小的地区,可以共存300多种茶,与热带雨林和珊瑚礁相媲美。然而,这些发现也引起了悖论。高多样性通常与物理上复杂的栖息地(如森林和礁石)有关,那里有丰富的食物,可以容纳各种生态位。在深海食物贫乏,同质的滩涂中,那么多物种如何共存?答案是下雪。

深海中缺乏光会阻止光合作用。因此,实际上不存在作为食物网基础的碳的初级生产。深海生物依赖于生产性浅海顶空掉落的物质滴下。这种材料很大程度上是腐烂的身体和粪便的低质量和低含量的混合物,被体面的细菌进一步分解成深层。海洋表面的碳总量中大约有2-5%落入了深海底,相当于5磅袋装糖中的大约2-3汤匙碳。这种下沉的物质,即海洋积雪,像尘土一样落在海底。但是,就像院子里的小雪没有形成均匀的层并且布法罗比迈阿密接收的雪要多,无论在咖啡桌大小还是整个海洋面积上,海洋雪在某些地方也密度更高。

深海生物依靠头顶上生产性浅海中的一滴海洋积雪。图片由美国科学家提供

在这片海洋雪中,混合泳为我们的深海悖论奠定了答案。

在1970年代,霍华德·桑德斯(Howard Sanders),弗雷德·格拉斯(Fred Grassle)和保罗·斯内格罗夫(Paul Snelgrove)提出,它不是由同质的荒地构成的深海底面,而是由各种斑块组成,每种斑块都有一套独特的生物体,即斑块马赛克假说。深海底本质上是由不同的小栖息地拼凑而成的被子。我从今年开始 通过发表研究 解决仅仅几码距离的海洋雪中的异质性如何导致完全不同的生物群落的问题。在今年年底, 实际上,直到今天 我和合著者在数千公里的距离上都显示了相同的模式。

遥控车Ventana

2006年,我和吉姆·巴里(Jim Barry)在蒙特利湾水族馆研究所任职期间,对蒙特利湾附近3203米深的场地进行了采样。我们用遥控车的机械臂在大约400码内收集了44个沉积物岩心。我们筛选了每个核,并除去了生活在沉积物中的小无脊椎动物,从蠕虫到甲壳类再到软体动物,再加上更多。同样重要的是,我们测量了沉积物的碳含量,以此作为海洋降雪的指标。在很大程度上,我们发现彼此相邻的核心中的无脊椎动物群落彼此之间相似的可能性相同。确实,彼此相邻的岩心共享共同物种的可能性比相隔350米的岩心高3%!为什么相邻的社区会如此不同?海洋积雪的差异。无可比拟的海洋降雪的无脊椎动物社区更为相似。

来自单个深海核心的物种。照片:C.R。McClain。请未经许可使用。参见以下动物的传说。

今天在 皇家学会会议录 与北卡罗来纳大学的合作者Allen Hurlbert和James Stegen一起,我进一步阐明了深层的悖论。鉴于进行深海作业的困难,整个海洋的多样性格局很少见。 2008年,约翰·艾伦(John Allen)曾与霍华德·桑德斯(Howard Sanders)合作,发布了一个惊人的深海双壳类动物数据集,该数据集来自大西洋的270个站点。我们将此数据集与双壳类大小和遗传相关性的数据与环境的多个数据集(包括年度海洋积雪)结合在一起。我们发现,化学能(即海洋降雪)和热能(即温度,能量)的可用性解释了整个大西洋上双壳类动物群落组成的差异。有趣的是,与当前的想法(包括我自己的观点)相反,无脊椎动物的浮游幼虫应该能够散布到各处,我们还发现了散布能力在解释社区差异中的重要性。换句话说,决定双壳类动物在大西洋的位置的某些因素取决于它的扩散能力和所需的能量。

来自大西洋的海洋深度(左)和海洋降雪(右)地图,以及样本(红点)。黄色表示海洋积雪较多。

但是我们又走了一步,并开发了一个仿真程序。我们构建了虚拟的双壳类动物,使它们能够进化特征,填补环境壁ni并在整个虚拟大西洋中扩散。这是一个计算复杂且要求很高的操作,并且需要运行UNC的计算机集群。在每个模拟中,我们可以控制双壳类动物的分散能力和食物需求。对于每次模拟,我们将比较与实际的大西洋双壳类动物群落中出现的模式。这将使我们能够确定双壳类动物的分散能力和食物需求的确切水平,以在整个大西洋上改变群落组成。从我们的模拟中,我们发现95%的双壳类动物可以从其出生地分散749公里。我们还发现,有5%的双壳类幼鱼无法在偏离最佳生境的生境中持续存在,每年每平方米的碳含量超过2.1克。一年中,这相当于在餐桌上放了1茶匙!双壳类动物对可用食物的数量极为敏感。

总体而言,这些研究表明,深海地板就像奶奶的被子一样,呈现出各种各样的材料。这些斑块是由海洋雪的差异驱动的,无论是几英寸还是几英里远的地方,都提供了独特的栖息地,可以使各种不同的动物共存。就像人类喜欢不同数量的积雪(给我温暖的天气或使我丧命!)一样,深海物种也独特地适应了海洋积雪的差异。

Craig R. McClain,James C. Stegen和Allen H. Hurlbert 深海双壳类动物的分散,环境生态位和海洋尺度转换s 皇家学会会议录B:生物科学 印刷前在线出版,2011年12月21日,doi:10.1098 / rspb.2011.2166

 


更新1:
还可以看看Wired和IO9的出色文章。喜欢标题! 一勺海底泥浆中的物种赏金 海底就像雨林,粪便和死动物从天而降


更新2:我被要求为以上动物提供一个传说。希望这会有所帮助。至于物种,我可以给您实际的物种名称,但也许对读者没有帮助。相反,我将为您提供可能更有用的一般分组。

所以在上面这个方向上从左到右

第1列双壳类,多毛类,ophiuroid,多毛类,双壳类,瓜类,两栖类

第2排cumacean,海葵,aplacophoran,bivalve,cumacean,bivalve,aplacophoran

第3排多壳类,双壳类,枯皮,双壳类,大多壳类,两栖类,2个寡头​​类

第4行腕足类,双壳类,无足章,长cha类,黄瓜,两栖类,双壳类

第5行双壳类,多壳类、,色,两栖类,双壳类,两栖类,多壳类

第6行ostracod,带管的多毛类,双壳类,海葵,多毛类,两栖类,多毛类,双壳类

第7排poly鱼,腹足动物,两栖动物,cap蛤虾,腕足类,双壳类,poly鱼,黄瓜

棘皮动物

蛇形类 http://en.wikipedia.org/wiki/Brittle_star

 Molluscs

双瓣 http://en.wikipedia.org/wiki/Bivalve

橡皮泥 http://en.wikipedia.org/wiki/Aplacophora

腕足类 http://en.wikipedia.org/wiki/Scaphopod

腹足动物 http://en.wikipedia.org/wiki/Gastropod

 Annelids

多毛 http://en.wikipedia.org/wiki/Polychaete

寡头 http://en.wikipedia.org/wiki/Oligochaete

甲壳类

黄瓜 http://en.wikipedia.org/wiki/Cumacean

两栖动物 http://en.wikipedia.org/wiki/Amphipod

兽类 http://en.wikipedia.org/wiki/Ostracod

卡普利里德 http://en.wikipedia.org/wiki/Skeleton_shrimp

念珠菌

海葵 http://en.wikipedia.org/wiki/Sea_anemone

M博士(1801帖子)

Craig McClain is the Executive Director of the Lousiana University Marine Consortium. He has conducted deep-sea research for 20 years 和 published over 50 papers in the area. He has participated in 和 led dozens of oceanographic expeditions taken him to the Antarctic 和 the most remote regions of the Pacific 和 Atlantic. Craig’s research focuses 上 how energy drives the biology of marine invertebrates from individuals to ecosystems, specifically, seeking to uncover how organisms are adapted to different levels of carbon availability, i.e. food, 和 how this determines the kinds 和 number of species in different parts of the oceans. Additionally, Craig is obsessed with the size of things. Sometimes this translated into actually scientific research. Craig’s research has been featured 上 National Public Radio, Discovery Channel, Fox News, 国家地理 和 ABC News. In addition to his scientific research, Craig also advocates the need for scientists to connect with the public 和 is the founder 和 chief editor of the acclaimed Deep-Sea News (http://jiaxiangsuji.com/), a popular ocean-themed blog that has won numerous awards. His writing has been featured in Cosmos, Science Illustrated, American Scientist, Wired, Mental Floss, 和 the Open Lab: The Best Science Writing 上 the Web.


18 Replies to “下雪,下雪,下雪”

    1. 通过空间分析,我们发现了从大约7cm的相邻核心一直到350m的物种明显聚集。不知道分形缩放,也不确定如何进行测试/分析。

  1. 太酷了! (多快)被子“rearrange” over time? I’m假设海洋积雪的模式随时间推移不一致? (例如,与高山上的雪相比,低地上的雪更严重)这是否意味着某些物种在其死亡中死亡“patch”随着(或者,如果)海洋积雪模式发生变化?


    1. 当每个斑块经历一系列连续的阶段时,肯定存在一个时间成分,从而导致单个物种的重新排列和长期维护。在春季开花事件和以El Nino / La Nina模式骑行的情况下,海洋积雪并不会随着时间的推移而持续升高。个人可以迁移到新的斑块,也可以迁移到整个殖民地,随时准备在新斑块中定殖,以便物种继续生存。如果海洋降雪增加或减少,后者由于气候变化而现在正在发生,那么某些物种可能将无法生存或不得不改变其地理范围。

      1. 那么,其中一些生物能够迅速扩散到新的积雪热点吗?尤其是在本文开头提到的那些较小的空间尺度上,我认为海洋降雪的频率变化非常频繁。

        无关紧要的是,您是否使用稳定同位素确定沉积物有机物的碳源?我想知道您是否在这些斑块中看到的生物体密度,仅通过其正常过程就能维持多长时间?–喂养,粪便的产生,繁殖,死亡和腐烂。这些贴片是否能够维持自身的微生物循环能力?

        1. 我们真的不’t know too much about rates for dispersal. But 补丁 persistance is likely to be lon lasting. The effects of food 补丁 can still be seen years out from the original enrichment.

          我没有使用稳定同位素,但这是后续研究的清单。您的问题正是我所想的。

  2. “如果海洋降雪增加或减少,后者由于气候变化而现在正在发生,那么某些物种可能将无法生存或不得不改变其地理范围。”

    为什么雪减少了?温暖的水和增加的二氧化碳应该意味着更多的生命和更多的积雪?

  3. 许多深海无脊椎动物的幼虫可以分散在海底流中。幼虫通常是短生的,寿命短(无饲料素,营养缺陷型)。然而,大多数物种的生活史并不为人所知。参见AH,Scheltema。在深海磷灰石软体动物永ProProeederma yongei中繁殖和快速生长。-Mar.Ecol。编Ser,1987年

    1. 艾米丽
      感谢您的评论和对Aplacophorans的持续工作。绝对是你和鲁迪’分散工作已经奠定了基础。了解所有这些的生活史肯定会提供这个故事的更完整描述。

  4. M博士

    我目前正在努力从佛罗里达州沿海的沉积物样本中识别底栖无脊椎动物。我遇到的许多两栖动物和多足动物标本与您物种图中张贴的标本极为相似。我想知道您是否从照片中列出了这些生物的种类和种类。

    非常感谢,
    拉德

    1. 我可以提供一个列表,但这些深太平洋物种与您的浅大西洋物种之间可能有很多相似之处。

      1. 如果您能通过,我将不胜感激。如果没有别的,那将是一个起点。非常感谢。

  5. 做得好!图片也值一千个字:照片中的所有(大多数)动物在典型的浅水地点看起来都很熟悉—但它们要小一个数量级!关于该食物沙漠中深海无脊椎动物侏儒症的惊人插图(尽管我认为是’相对而言,偶尔会有胖城,一小撮植物碎屑飘落到底部。

  6. 尼斯写和很酷的图像!您能为《美国科学家》的文章提供完整的引用吗?您从中获得了第二张图像,该图像说明了从地表水到深海的海洋降雪滴流情况吗?谢谢!

  7. 嗨,M博士,

    I’我是佛罗里达州西南部爱迪生州立大学的一名教职员工,如果您认为合适,请允许我在我的海洋学入门课程中使用您的图像!图像很漂亮,可以完美捕捉我的观点’我想和我的学生做朋友。我期待着您的回复。

    亲切地
    罗兹博士…学生给我的名字

    ps。我来自圣克鲁斯大学,所以我’我猜你可能在MBARI的时候就认识了我的论文导师Mary Silver…总是很让人想起家!

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