La oceanografía biológica es el estudio de cómo los organismos afectan y se ven afectados por la física , la química y la geología del sistema oceanográfico . La oceanografía biológica se centra principalmente en los microorganismos dentro del océano; viendo cómo se ven afectados por su entorno y cómo afecta a criaturas marinas más grandes y su ecosistema. [1] La oceanografía biológica es similar a la biología marina , pero es diferente debido a la perspectiva utilizada para estudiar el océano. La oceanografía biológica toma un enfoque de abajo hacia arriba (en términos de la red alimentaria)), mientras que la biología marina estudia el océano desde una perspectiva de arriba hacia abajo. La oceanografía biológica se enfoca principalmente en el ecosistema del océano con énfasis en el plancton: su diversidad (morfología, fuentes nutricionales, motilidad y metabolismo); su productividad y cómo eso desempeña un papel en el ciclo global del carbono ; y su distribución (depredación y ciclo de vida). [1] [2] [3] La oceanografía biológica también investiga el papel de los microbios en las redes alimentarias y cómo los humanos impactan los ecosistemas en los océanos. [1]
Historia [ editar ]
La expedición Challenger fue fundamental para la oceanografía biológica y la oceanografía en general. La expedición Challenger fue dirigida por Charles Wyville Thomson en 1872-1876 [1] La expedición también incluía a otros dos naturalistas, Henry N. Moseley y John Murray . Antes de la expedición, el océano, aunque era interesante para muchos, se consideraba un cuerpo de agua impredecible y en su mayoría sin vida, y esta expedición los hizo replantearse esta postura en el océano. Esta expedición fue a petición de la Royal Society.para ver si podrían tender cables en el fondo del océano. También trajeron el equipo para recopilar datos sobre las propiedades biológicas, químicas y geológicas del océano de manera sistemática. [1] Mapearon el sedimento oceánico y recopilaron datos [1] Los datos recopilados en este viaje demostraron que había vida en aguas profundas (5500 metros) y que la composición del agua en el océano es consistente.
La vida marina , o la vida marina o la vida del océano , es la plantas , animales y otros organismos que viven en el agua salada del mar o del océano, o el agua salobre del costeras estuarios . En un nivel fundamental, la vida marina afecta la naturaleza del planeta. Los organismos marinos producen oxigeno. Las costas están en parte formadas y protegidas por la vida marina, y algunos organismos marinos incluso ayudan a crear nuevas tierras.
La mayoría de las formas de vida evolucionaron inicialmente en hábitats marinos . Por volumen, los océanos proporcionan aproximadamente el 90 por ciento del espacio vital en el planeta. [1] Los primeros vertebrados aparecieron en forma de peces , que viven exclusivamente en el agua. [2]Algunos de estos se convirtieron en anfibios que pasan parte de sus vidas en agua y partes en tierra. Otros peces se convirtieron en mamíferos terrestres y posteriormente regresaron al océano como focas , delfines o ballenas . Las formas de las plantas, como las algas y las algas, crecen en el agua y son la base de algunos ecosistemas submarinos. Plancton, y en particular el fitoplancton , son los principales productores primarios que forman la base general de la cadena alimentaria del océano .
Los invertebrados marinos exhiben una amplia gama de modificaciones para sobrevivir en aguas poco oxigenadas, incluidos los tubos de respiración como en los sifones de moluscos . Los peces tienen branquias en lugar de pulmones , aunque algunas especies de peces, como el pez pulmonado , tienen ambas. Los mamíferos marinos , como los delfines, ballenas, nutrias y focas, deben emerger periódicamente para respirar aire.
Existe un total de 230,000 especies marinas documentadas , incluyendo alrededor de 20,000 especies de peces marinos, con unos dos millones de especies marinas aún por documentar. [3] Las especies marinas varían en tamaño desde microscópicas, incluyendo plancton y fitoplancton, que pueden ser tan pequeñas como 0.02 micrómetros, hasta enormes cetáceos (ballenas, delfines y marsopas), incluida la ballena azul , el animal más grande conocido que llega hasta 33 metros (108 pies) de largo. [4] [5] Los microorganismos marinos , incluidas las bacterias y los virus , constituyen aproximadamente el 70% de la biomasa marina total .
Agua [ editar ]
No hay vida sin agua. [6] Se ha descrito como el solvente universal por su capacidad para disolver muchas sustancias, [7] [8] y como el solvente de la vida . [9] El agua es la única sustancia común que existe como un sólido , líquido y gas en condiciones normales a la vida en la Tierra. [10] El Premio Nobel ganador Albert Szent-Györgyi refiere al agua como la matriz de mater und : la madre y el vientre de la vida. [11]
La abundancia de agua superficial en la Tierra es una característica única en el Sistema Solar . La hidrosfera de la Tierra se compone principalmente de los océanos, pero técnicamente incluye todas las superficies de agua del mundo, incluidos los mares interiores, lagos, ríos y aguas subterráneas hasta una profundidad de 2.000 metros (6.600 pies). La ubicación más profunda bajo el agua es Challenger Deep of the Mariana Fosa en el Océano Pacífico , con una profundidad de 10,900 metros (6,8 mi). [nota 1] [12]
La masa de los océanos es 1.35 × 10 18 toneladas métricas , o aproximadamente 1/4400 de la masa total de la Tierra. Los océanos cubren un área de3.618 × 10 8 km 2 con una profundidad media de3682 m , lo que resulta en un volumen estimado de1.332 × 10 9 km 3 . [13] Si toda la superficie de la corteza terrestre estuviera a la misma elevación que una esfera lisa, la profundidad del océano mundial resultante sería de aproximadamente 2.7 kilómetros (1.7 mi). [14] [15]
Alrededor del 97.5% del agua en la Tierra es salina ; El 2,5% restante es agua dulce . La mayor parte del agua dulce, alrededor del 69%, está presente como hielo en las capas de hielo y los glaciares . [16] La salinidad promedio de los océanos de la Tierra es de aproximadamente 35 gramos (1,2 oz) de sal por kilogramo de agua de mar (3,5% de sal). [17] La mayor parte de la sal en el océano proviene de la erosión y la erosión de las rocas en la tierra. [18] Algunas sales se liberan de la actividad volcánica o se extraen de rocas ígneas frías . [19]
Los océanos también son un depósito de gases atmosféricos disueltos, que son esenciales para la supervivencia de muchas formas de vida acuática. [20] El agua de mar tiene una influencia importante en el clima mundial, ya que los océanos actúan como un gran reservorio de calor . [21] Loscambios en la distribución de la temperatura oceánica pueden causar cambios significativos en el clima, como el fenómeno de El Niño-Oscilación del Sur . [22]
En total, el océano ocupa el 71 por ciento de la superficie mundial, [1] con un promedio de casi 3.7 kilómetros (2.3 mi) de profundidad. [23] Por volumen, el océano proporciona aproximadamente el 90 por ciento del espacio vital en el planeta. [1] El escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke ha señalado que sería más apropiado referirse al planeta Tierra como planeta Océano. [24] [25]
Sin embargo, el agua se encuentra en otras partes del sistema solar. Europa , una de las lunas que orbitan alrededor de Júpiter , es un poco más pequeña que la luna de la Tierra . Existe una gran posibilidad de que exista un gran océano de agua salada debajo de la superficie del hielo. [26] Se ha estimado que la corteza exterior del hielo sólido tiene un espesor de unos 10-30 km (6–19 mi) y el océano líquido debajo tiene una profundidad de unos 100 km (60 mi). [27] Esto haría que el océano de Europa duplicara el volumen del océano de la Tierra. Se ha especulado que el océano de Europa podría sustentar la vida , [28] [29]y podría ser capaz de soportar microorganismos multicelulares si los respiraderos hidrotermalesSon activos en el fondo del océano. [30]
Evolución [ editar ]
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La Tierra tiene unos 4.540 millones de años. [31] [32] [33] La primera evidencia indiscutible de vida en la Tierra data de al menos 3.5 billones de años, [34] [35] durante la Era Eoárquicadespués de que una corteza geológica comenzara a solidificarse después del Eon Hadean fundido anterior . Sehan encontrado fósiles de matas microbianas en areniscas de3,48 mil millones de años en Australia Occidental . [36] [37] [38]Otra evidencia física temprana de una sustancia biogénica es el grafitoen rocas metasedimentarias de 3.700 millones de años descubiertas en Groenlandia occidental [39] , así como "restos de vida biótica " encontrados en rocas de 4.100 millones de años en Australia Occidental. [40] [41] Según uno de los investigadores, "si la vida surgiera con relativa rapidez en la Tierra ... entonces podría ser común en el universo ". [40]
Todos los organismos en la Tierra descienden de un ancestro común o de un acervo genético ancestral . [42] [43] Se cree que la química altamente energética produjo una molécula autorreplicante hace unos 4 mil millones de años, y medio billón de años después, existió el último ancestro común de toda la vida . [44] El consenso científico actual es que la bioquímica compleja que conforma la vida proviene de reacciones químicas más simples. [45] El comienzo de la vida puede haber incluido moléculas autorreplicantes como el ARN [46] y el ensamblaje de células simples. [47] En 2016 los científicos reportaron un conjunto de 355 genes.del último ancestro común universal (LUCA) de toda la vida , incluidos los microorganismos, que viven en la Tierra . [48]
Las especies actuales son una etapa en el proceso de evolución, y su diversidad es el producto de una larga serie de eventos de especiación y extinción. [49] El descenso común de organismos se dedujo primero a partir de cuatro hechos simples sobre organismos: Primero, tienen distribuciones geográficas que no pueden explicarse por la adaptación local. Segundo, la diversidad de la vida no es un conjunto de organismos completamente únicos, sino organismos que comparten similitudes morfológicas . En tercer lugar, los rasgos vestigiales sin un propósito claro se asemejan a los rasgos ancestrales funcionales y, finalmente, los organismos pueden clasificarse utilizando estas similitudes en una jerarquía de grupos anidados, similar a un árbol genealógico. [50] Sin embargo, la investigación moderna ha sugerido que, debido a la transferencia horizontal de genes, este "árbol de la vida" puede ser más complicado que un árbol de ramificación simple, ya que algunos genes se han diseminado independientemente entre especies relacionadas distantes. [51] [52]
Las especies pasadas también han dejado registros de su historia evolutiva. Los fósiles, junto con la anatomía comparativa de los organismos actuales, constituyen el registro morfológico o anatómico. [53] Al comparar las anatomías de las especies modernas y extintas, los paleontólogos pueden inferir los linajes de esas especies. Sin embargo, este enfoque es más exitoso para los organismos que tienen partes duras del cuerpo, como conchas, huesos o dientes. Además, como los procariotas, como las bacterias y las arqueas, comparten un conjunto limitado de morfologías comunes, sus fósiles no proporcionan información sobre su ascendencia.
Más recientemente, la evidencia del descenso común proviene del estudio de las similitudes bioquímicas entre los organismos. Por ejemplo, todas las células vivas utilizan el mismo conjunto básico de nucleótidos y aminoácidos . [55] El desarrollo de la genética molecularha revelado el registro de la evolución dejada en los genomas de los organismos: datación cuando las especies divergieron a través del reloj molecularproducido por las mutaciones. [56] Por ejemplo, estas comparaciones de secuencias de ADN han revelado que los humanos y los chimpancés comparten el 98% de sus genomas y analizar las pocas áreas en las que difieren ayuda a arrojar luz sobre cuándo existía el ancestro común de estas especies. [57]
Los procariotas habitaron la Tierra desde hace aproximadamente 3–4 mil millones de años. [58] [59] No se produjeron cambios evidentes en la morfología o la organización celular en estos organismos durante los próximos miles de millones de años. [60] Las células eucariotas emergieron entre 1,6 y 2,7 mil millones de años. El siguiente cambio importante en la estructura celular se produjo cuando las células eucarióticas envolvieron a las bacterias, en una asociación cooperativa llamada endosimbiosis . [61] [62] La bacteria envuelta y la célula huésped se sometieron a una coevolución, y las bacterias evolucionaron hacia mitocondrias o hidrogenosomas . [63] Otro engullimiento de cianobacterias.- Organismos similares llevaron a la formación de cloroplastos en algas y plantas. [64]
La historia de la vida fue la de los eucariotas, procariotas y arqueas unicelulares hasta hace unos 610 millones de años, cuando comenzaron a aparecer organismos multicelulares en los océanos en el período Ediacaran . [58] [65] La evolución de la multicelularidad se produjo en múltiples eventos independientes, en organismos tan diversos como esponjas , algas pardas , cianobacterias , mohos de limo y mixobacterias. [66]En 2016, los científicos informaron que, hace unos 800 millones de años, un cambio genético menor en una única molécula llamada GK-PID puede haber permitido que los organismos pasen de un solo organismo celular a una de muchas células. [67]
Poco después de la aparición de estos primeros organismos multicelulares, una cantidad notable de diversidad biológica apareció en un lapso de aproximadamente 10 millones de años, en un evento llamado explosión cámbrica . Aquí, la mayoría de los tipos de animales modernos aparecieron en el registro fósil, así como linajes únicos que posteriormente se extinguieron. [68] Se han propuesto varios desencadenantes para la explosión del Cámbrico, incluida la acumulación de oxígeno en la atmósfera a partir de la fotosíntesis. [69]
Hace unos 500 millones de años, las plantas y los hongos comenzaron a colonizar la tierra. La evidencia de la aparición de las primeras plantas terrestres se produce en el Ordovícico , hace unos 450 millones de años , en forma de esporas fósiles. [70] Las plantas terrestres comenzaron a diversificarse en el Silurian tardío , desde hace unos 430 millones de años . [71] La colonización de la tierra por las plantas pronto fue seguida por artrópodos y otros animales. [72] Los insectos fueron particularmente exitosos e incluso hoy en día constituyen la mayoría de las especies animales. [73] Los anfibios aparecieron por primera vez hace unos 364 millones de años, seguidos de los primerosamniotas y aves hace alrededor de 155 millones de años (ambos de linajes parecidos a " reptiles "), mamíferos hace alrededor de 129 millones de años, homininas hace alrededor de 10 millones de años y humanos modernos hace unos 250.000 años. [74] [75] [76] Sin embargo, a pesar de la evolución de estos animales grandes, los organismos más pequeños similares a los que evolucionaron al principio de este proceso continúan siendo altamente exitosos y dominan la Tierra, con la mayoría de la biomasa y las especies procariotas. [77]
Las estimaciones sobre el número de especies actuales de la Tierra varían de 10 millones a 14 millones, [78] de las cuales aproximadamente 1,2 millones se han documentado y más del 86 por ciento aún no se ha descrito. [79]
Microorganismos [ editar ]
Los microorganismos constituyen alrededor del 70% de la biomasa marina . [80] Un microorganismo , o microbio, es un organismo microscópico muy pequeño para ser reconocido a simple vista. Puede ser unicelular [81] o multicelular . Los microorganismos son diversos e incluyen todas las bacterias y arqueas , la mayoría de los protozoos , como algas , hongos y ciertos animales microscópicos, como los rotíferos .
Muchos animales y plantas macroscópicas tienen etapas juveniles microscópicas . Algunos microbiólogos también clasifican los virus (y los viroides ) como microorganismos, pero otros los consideran como inertes. [82] [83]
Los microorganismos son cruciales para el reciclaje de nutrientes en los ecosistemas, ya que actúan como descomponedores . Algunos microorganismos son patógenos , causan enfermedades e incluso la muerte en plantas y animales. [84] Como habitantes del entorno más grande de la Tierra, los sistemas microbianos marinos impulsan cambios en todos los sistemas globales. Los microbios son responsables de prácticamente toda la fotosíntesis que se produce en el océano, así como del ciclo del carbono , nitrógeno , fósforo y otros nutrientes y oligoelementos. [85]
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La vida microscópica submarina es diversa y aún poco comprendida, como por ejemplo el papel de los virus en los ecosistemas marinos. [86]La mayoría de los virus marinos son bacteriófagos , que son inocuos para las plantas y los animales, pero son esenciales para la regulación de los ecosistemas de agua salada y de agua dulce. [87] Infectan y destruyen bacterias en comunidades microbianas acuáticas, y son el mecanismo más importante de reciclaje de carbono en el medio marino. Las moléculas orgánicas liberadas de las células bacterianas muertas estimulan el crecimiento de algas y bacterias frescas. [88] La actividad viral también puede contribuir a la bomba biológica , el proceso por elcual el carbono essecuestrado en el océano profundo. [89]
Una corriente de microorganismos en el aire rodea el planeta por encima de los sistemas meteorológicos, pero por debajo de las vías aéreas comerciales. [90] Algunos microorganismos peripatéticos son arrastrados por las tormentas de polvo terrestres, pero la mayoría se originan a partir de microorganismos marinos en la pulverización marina . En 2018, los científicos informaron que cientos de millones de virus y decenas de millones de bacterias se depositan diariamente en cada metro cuadrado alrededor del planeta. [91] [92]
Los organismos microscópicos viven a lo largo de la biosfera . La masa de microorganismos procariotas , que incluye bacterias y arqueas, pero no los microorganismos eucariotas nucleados , puede ser de hasta 0.8 billones de toneladas de carbono (de la masa total de la biosfera , estimada entre 1 y 4 billones de toneladas). [93] Se han encontrado microbios marinos barófilos unicelulares a una profundidad de 10.900 m (35.800 pies) en la Fosa de Mariana , el punto más profundo de los océanos de la Tierra. [94] [95] Los microorganismos viven dentro de rocas a 580 m (1,900 pies) debajo del lecho marino a menos de 2,590 m (8,500 pies) de océano frente a la costa del noroesteEstados Unidos , [94] [96] , así como 2.400 m (7.900 pies; 1.5 mi) debajo del lecho marino de Japón. [97]La temperatura más alta conocida en la cual puede existir vida microbiana es 122 ° C (252 ° F) ( Methanopyrus kandleri ). [98] En 2014, los científicos confirmaron la existencia de microorganismos que viven a 800 m (2,600 pies) por debajo del hielo de la Antártida . [99] [100] Según un investigador, "puedes encontrar microbios en todas partes, son extremadamente adaptables a las condiciones y sobreviven dondequiera que estén".
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