海洋生物学

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  海洋生物学汉语拼音:Haiyang Shengwuxue;英语:Marine Biology),研究海洋生命现象、过程及其规律的科学。是海洋科学的一个主要学科,也是生命科学的一个重要分支。它研究海洋里生命的起源和演化,生物的分类和分布、发育和生长、生理、生化和遗传,特别是生态。目的是阐明生命的本质,海洋生物的特点和习性及其与海洋环境间的相互关系,海洋中发生的各种生物学现象及其变化规律,进而利用这些规律为人类生活和生产服务。

简史

  公元前4世纪,古希腊亚里士多德在《动物志》中记述了170多种海洋生物,按现代分类包括有海绵动物刺胞动物蠕虫软体动物节肢动物棘皮动物原索动物鱼类爬行类海鸟、海兽等10多个主要动物类群,其中海洋鱼类即有110多种。公元前3世纪左右刊行的中国黄帝内经》中,已有用乌鲗(即墨鱼)和鲍鱼治病的记录。公元前2~前1世纪成书的《尔雅》,不但记载有海洋动物,而且还有海洋藻类。公元初古罗马S.C.普利尼乌斯的《自然历史志》,记录了170多种海洋生物。中国明朝屠本畯的《闽中海错疏》(1596),记载有200多种海产生物。以上为海洋生物学的萌芽阶段。

  随着自然科学和航运事业的发展,海洋生物学进入到科学的研究阶段。1674年荷兰A.van列文虎克最先发现海洋原生动物。1777年丹麦O.F.米勒应用显微镜观察北海的浮游生物。19世纪前期C.G.埃伦贝格在海洋中发现硅鞭藻类。英国C.R.达尔文对他在1831~1836年“贝格尔”号航海中采集的蔓足类和珊瑚类,进行了出色研究。德国J.米勒于1845年使用浮游生物网,采集和研究海洋浮游生物。英国E.福布斯在19世纪中期先后提出海洋生物垂直分布的分带现象,按深度将爱琴海分成8个带;发表《英国海产生物分布图》;出版《欧洲海的自然史》。德国V.亨森于1887年提出浮游生物的概念,并对海洋浮游生物开展了定量研究。1891年德国E.海克尔提出游泳动物和底栖生物两个概念。上述3个生态类群的概念,至今仍广为应用。1908~1913年丹麦C.G.J.彼得森的工作奠定了海洋底栖生物定量研究的基础。1946年美国C.E.佐贝尔的《海洋微生物学》奠定了海洋微生物主要是海洋细菌的研究基础。瑞典S.埃克曼的《海洋动物地理学》(1935、1953)、美国J.W.赫奇佩斯等主编的《海洋生态学和古生态学论文集》(1957)和H.B.穆尔的《海洋生态学》(1958)等,都促进了海洋生物学的发展。

  19世纪下叶开始,各国竞相派出海洋考察船、设立滨海生物研究机构,海洋生物的研究工作日益兴盛。其中,最有名的海洋考察是英国“挑战者”号调查船历时三年半(1872~1876)的环球调查,学者们采集了大量深层和中层生物,出版了50卷巨著,所记载的生物的新种达4,400多个,使当时已知的海洋生物种数翻几番。最古老的海洋生物研究机构是意大利那不勒斯(那波利)海洋生物研究所,成立于1872年,1874年正式开放。1888年英国海洋生物学会成立了普利茅斯海洋研究所。美国在大西洋岸的伍兹霍尔,于1888年建立海洋生物研究所;在太平洋岸的斯克里普斯海洋研究所的前身海洋生物实验所,于1891年创建,等等。它们至今仍是世界上最活跃的海洋生物研究中心,特别是伍兹霍尔海洋研究所的工作,对海洋生物学的发展起了重要的作用。

  20世纪60~70年代以来,由于电子计算机信息论控制论微量化学元素测定等数理化新成就、新技术的应用,海洋生物学的研究发展到新的阶段。如英、日学者利用生物工程技术研制出控制海洋鱼苗性别的方法;美国发射海洋卫星调查海洋鱼群的数量和种类变化等。该阶段的特点是:

  1. 海洋生物学研究出现了大综合趋势,海洋生态系研究兴起。如对珊瑚礁生态系、上升流生态系的研究。
  2. 实验生物学研究大力开展,并与生产实践密切联系,进行水产增养殖研究,海洋水产生产农牧化已成为重要的发展方向。
  3. 向深海和远洋两个方向发展。研究深海和远洋生物的生命活动、代谢规律和演变及其资源,如对南大洋磷虾资源的调查和利用;美国等国学者在深海海底,发现独特的化能自养的细菌和动物等组成的海底热泉生物群落,它们组成了一个与陆地、淡水以及绝大部分海域迥然不同的物质循环和生态系统。
  4. 海洋生物药物研究兴起。自50年代后期在柳珊瑚中发现有价值的药用成分后,沿海各国纷纷从海洋生物中寻找药物,目前已知的海洋药用生物已有1,000多种。

  中国对海洋生物的科学研究始于20世纪20年代,以后曾活跃一阵。30年代初在厦门组织了全国性的“中华海产生物学会”,30年代中期海洋生物研究中心逐渐转移到青岛。30年代后期至40年代,中国海洋生物研究基本处于停顿状态。50年代及其以后,在中国科学院、教育部、国家水产局和海洋局系统以及一些省市,先后建立了海洋生物的研究机构,开展了全国性的海洋调查、渔场调查、海洋水产养殖和栽培,以及实验生物学和海洋生物学基础理论的研究,取得了许多较高水平的成果。

研究内容与分科

  海洋生物学研究的内容极为丰富,且随着海洋调查手段和开发技术的改进而不断地发展。可以说生物学的各个领域——分类、形态、区系分布、生态、生理、生化、遗传等,在海洋生物学中均有相应的发展。但研究程度相差甚远,目前海洋生态的研究较为成熟,已形成海洋生态学

  海洋生物分类学 以界、门、纲、目、科、属、种系统研究各种海洋生物的地位,目的是了解海洋生物的资源和进化系统。两百多年来,生物学者基本上遵循C.von林奈两界说(1735),把海洋生物划分为海洋植物海洋动物两大类。随着分类学的发展,科学家们认识到这个分类法有不少缺点,如真菌和大多数细菌并不营光合作用,却被归入植物。所以,20世纪50~60年代以来,学者们提出了多界说,其中具有代表性的是R.H.惠特克五界说(1969)。惠特克把生物分为原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界。但他的分类存在一些自相矛盾和明显不合理的地方。至于一些学者把海洋生物划分为海洋植物、动物和微生物也不妥当。因为海洋微生物只是众多微小生物的总称,并不从系统发育角度体现生物之间亲缘关系,而且它包含有原核和真核生物,单细胞和少数多细胞生物,细菌以及一部分真菌、植物和动物,十分庞杂,不能与动、植物并列。因此,我们将海洋生物划分为海洋细菌、海洋真菌、海洋植物和海洋动物。

  海洋生物中,现知种类最多的是海洋动物,有16万~20万种,分布在动物界的数十个门类中。海洋植物10,000多种,主要是低等的植物——海洋藻类,高等的海洋种子植物仅有100多种。海洋真菌不足500种。海洋细菌的种类较多。

  海洋生物形态学 研究海洋生物外部和内部形态的特征及其规律,是海洋生物学和海洋生态学研究必不可少的一部分。海洋与陆地相比具有很大的特殊性,尤其是深海的强大压力和黑暗无光,使海洋动物、细菌等在外部和内部形态上的多样性和特殊性十分明显。这些特征和规律是无法从研究陆栖生物中得到的。

  海洋生物区系分布 研究生物在海洋中的分布及其规律,阐明海洋生物区系的特点及其与海洋环境的关系。它不但与海洋渔业生产直接相关,同时为海洋生态学海洋地质学海洋物理学海洋化学等研究提供依据。如生活在海洋中的动物种数大大地少于陆地和淡水,但其门类之多又明显地超过陆地和淡水,这说明海洋环境比陆地和淡水要稳定得多;热带亚热带海岸的红树林能延伸到北美百慕大群岛、日本的九州,说明了海洋暖流的作用等等。

  海洋生态学 研究海洋生物之间及其与周围环境的相互关系。它和人类的生活、生产直接相关。海洋个体生态、种群生态、群落生态、生态系的研究是海洋生态学研究的基本层次。海洋个体生态和群落生态研究得较好的是海洋浮游生物和海洋底栖生物;海洋种群生态研究得较为充分的是海洋游泳生物中的鱼类。海洋生态系统以河口生态系、上升流生态系、珊瑚礁生态系及内湾生态系进展较快。海洋古生态学是研究古代海洋生物之间及其与地史时期海洋环境的相互关系,60年代以来随着石油、天然气等的大力开发和深海钻探计划(DSDP)的实施,发展很快。

  食物是生态学最基本的课题之一。对海洋食物链和食物网、海洋生物生产力的研究,也是海洋生态学的重要研究内容。

  海洋生物生理、生化和遗传研究 分别研究海洋生物机体各部分的生理机能、化学组成和代谢、遗传特性及其变化规律。由于人类对海洋资源的需求激增,海洋生物在经济上、科学上的价值也愈益重要,因而这些方面的研究都已有不同程度的进展。

  生物海洋学 研究生物作为海洋组成部分而产生的各种海洋现象,如海洋浮游生物的“昼夜垂直移动”等现象在时间和空间上分布的特征。这是海洋生物学所特有的一个分支学科,近年来发展较快。

研究意义

  海洋是生命的发源地,地球上生命30多亿年的发展史,其中85%以上的时间是完全在海洋中度过的。要研究生命的起源和演化问题,离不开海洋生物学的工作。

  海洋中生物门类,主要是动物门类的多样性远远超过陆地和淡水,其中许多门类的动物只能生活在海洋中。要了解整个生物的分类系统及其演化过程,必须研究海洋生物学。

  海洋占地球表面面积的71%,又是众多工业废料的汇集地,海洋生态学的研究不但有利于保护生物的生存环境,而且直接关系到海洋生物资源的开发和利用。

  海洋生物具有一些特有的生理机能和生化特点,如海洋鱼类和哺乳类的游泳能力、回声定位和体温的调节,已成为仿生学的重要研究内容。

  在国民经济建设中,海洋生物学也占有重要地位。海洋生物是人类食品的重要来源,现可供食用的海洋藻类已达近百种,如海带、紫菜;可供食用的海洋动物则更多,全世界所消耗的动物蛋白质(包括饲料用的鱼粉),约有12.5%~20%(鲜品计算)来自海洋。海洋生物是工农业和药物原料,如由海藻中提取的琼胶、卡拉胶、褐藻胶已分别用于食品、酿造、涂料、纺织、造纸和印刷工业;已从海洋生物体中提炼出各种酶和激素、多肽类、多糖类、脂酸等,制作神经毒素、麻醉剂、止血剂、降压剂、抗生物质、抗生素、抗癌物质等药物。珍珠、红珊瑚、角珊瑚等海洋生物,是名贵的装饰品和工艺原料。红树林和海草具有护堤防浪等作用,它们的生长区是理想的海洋水产生产农牧化的基地。不少海洋生物还具有观赏的价值。

  也有一些海洋生物对人类是有害的,如船蛆、海筍、蛀木水虱等海洋钻孔生物,贻贝、牡蛎、藤壶等海洋污着生物。

问题和展望

  海洋生物学是随着调查的开展和手段的改进而发展。20世纪60年代以来,随着新技术和新成就的运用,海洋科学出现了飞跃。相比之下,海洋生物学的发展不如海洋科学的其他学科快,其中一个重要原因是调查手段和工具仍较落后陈旧。因此,海洋生物学的发展亟待调查和实验手段、仪器的革新。

  资料表明,世界人均海洋渔业产品的消费量在下降,而且传统的渔场和传统的渔业资源出现了捕捞过度的问题。亟须改变当前传统的狩猎式捕捞方法,对海洋生物实行系统的科学管理和开采。大力开发远洋和深海的海洋生物资源,特别是2,000米以下的动物资源;注意开辟新的渔业资源,尤其是食物链级次较低的种类,如南大洋的磷虾;同时,大力发展浅海水域的养殖业,早日实现海洋生物农牧化的大面积生产。

  海洋生态学研究是海洋生物学目前最为重要也是最为活跃的一个领域。为科学地开发、利用和发展海洋生物资源,满足人类的需求,应更有力地促进海洋生态学在理论和应用方面的进一步发展,了解各个海域的生物组成,种群结构和数量变动规律,群落的构成和更替,生态系的结构和功能及其物质的转换和能量的循环,以确保生物资源(种群密度)能持续地高产,预报生物数量和环境变化的方向,保持生态平衡。同时,促进海洋生物学其他领域(分类、生理、生化、遗传等)的发展。

  从海洋生物中寻找新药,已成为海洋生物学研究的一个重要方向。随着海洋药物研究的深入,海洋生物增殖和养殖事业的发展,分子化学、生物工程的理论和手段的引入,不但能出现造福于人类的新药、养殖新品种,而且将促进海洋分子生物学、海洋生物工程学的建立和发展。

  对海洋生物,尤其是对海底热泉化能自养细菌和动物,及其生态系等的深入研究,将推动生命起源和演化问题的研究。