심해 공동체

Deep sea community
거대관충
아스테레치누스 엘레강아지

심해 공동체는 심해에서 공유된 서식지와 연관된 유기체의 모든 공동체를 말한다. 심해 공동체는 이 원격 생물체를 방문하는 데 수반되는 기술적, 물류적 도전과 비용 때문에 대부분 미개척 상태로 남아 있다. 독특한 도전들(특히 높은 기압, 극도의 온도와 빛의 부재) 때문에, 이 적대적인 환경에서는 생명체가 거의 존재하지 않는다고 오랫동안 믿어왔다. 그러나 19세기 이후, 연구는 심해에 상당한 생물다양성이 존재한다는 것을 증명했다.

심해 공동체를 위한 에너지와 영양소의 3대 공급원은 해양 눈, 고래 폭포, 열수 분출구에서의 화학합성, 냉수 침투 등이다.

역사

19세기 이전에 과학자들은 심해에서 생명체가 희박하다고 생각했다. 1870년대에 찰스 와이빌 톰슨 경과 챌린저 원정에 탑승한 동료들은 매우 다양한 종류의 심해 생물들을 발견했다.

고등 동물을 포함한 심해 화학합성 공동체의 첫 발견은 지질 탐사 중 예기치 않게 동태평양의 열수 분출구에서 이루어졌다(Corliss et al., 1979).[1] J. Corliss와 J. van Andel이라는 두 명의 과학자들은 이틀 전 원격 카메라 썰매를 이용한 예상치 못한 발견 후 1977년 2월 17일 잠수정 DSV Alvin으로부터 밀집한 화학 합성 조개 침대를 처음 목격했다.[1]

챌린저 딥은 지구 해양 중 가장 심층 조사된 지점이다. 챌린저 딥은 마리아나 제도 그룹 근처에 있는 마리아나 해구의 남쪽 끝에 위치해 있다. 이 우울증은 1875년 3월 23일 225번 스테이션에서 처음으로 깊이를 기록한 HMS 챌린저호의 이름을 따서 지어졌다. 보고된 깊이는 두 개의 별도 소리를 기준으로 4,475개의 패텀(8184m)이었다. 1960년, 돈 월시와 자크 피카르는 트리에스테 바티스카페에서 챌린저 딥의 밑바닥으로 내려왔다. 이 거대한 깊이에서 작은 파랑어 모양의 물고기가 바티스캐프의 스포트라이트로부터 멀어져 가는 것이 보였다.

일본 원격조종차량(ROV) 카이코는 1995년 3월 챌린저 딥의 해저에 도달한 두 번째 선박이 됐다. 우즈홀 해양학연구소의 하이브리드 원격운행 차량(HROV)인 네레우스는 7000m 이상의 해양심층 탐사가 가능한 유일한 차량이다. 네레우스는 2009년 5월 31일 챌린저 딥에서 10,902미터 깊이에 도달했다.[2][3] 2009년 6월 1일, R/V Kilo Moana에 탑재된 Simrad EM120 멀티빔 수중 음파 탐지기에 의한 챌린저 딥의 수중 음파 탐지 지도는 최대 수심이 10,971 미터(6.817 마일)로 표시되었다. 음파탐상계통은 수심 0.2% 이상의 정확도로 위상 및 진폭 하단검출을 사용한다(이는 이 깊이에서 약 22m의 오차임).[3][4]

환경

어둠

펠러지존

바다는 깊이와 햇빛의 유무에 따라 다양한 구역으로 나뉘는 개념화 될 수 있다. 해양의 거의 모든 생물 형태는 이산화탄소를 유기물질의 기본 구성 요소인 유기탄소로 바꾸기 위해 식물성 플랑크톤과 다른 해양 식물의 광합성 활동에 의존한다. 차례로 광합성은 유기 탄소를 생성하는 화학 반응을 촉진하기 위해 햇빛으로부터 에너지를 필요로 한다.[5]

햇빛이 스며들 때까지 물기둥의 층을 포토존이라고 한다. 광자대는 두 개의 서로 다른 수직 영역으로 세분될 수 있다. 식물성 플랑크톤과 식물에 의한 광합성을 지원하기 위한 적절한 빛이 있는 광자대의 가장 윗부분을 유향영역(Euphyphantic zone, 또는 표면영역이라고도 한다)[6]이라고 한다. 광합성을 위해 빛의 강도가 부족한 광자대의 낮은 부분을 이질영역(Dysphotic은 그리스어로 "조명이 잘 되지 않는" 것을 의미한다)[7]이라고 부른다. 이질영역은 중상영역, 즉 황혼영역이라고도 한다.[8] 그것의 가장 낮은 경계는 12 °C (54 °F)의 열전선에 있으며, 열대지방에서는 일반적으로 200 미터에서 1000 미터 사이에 있다.[9]

읍류 구역은 계절, 위도 및 물의 탁도 정도에 따라 표면에서 광도가 표면 일조 강도의 약 0.1–1%인 깊이까지 확장되는 것으로 다소 자의적으로 정의된다.[6][7] 가장 맑은 바닷물에서, 유향수역은 약 150미터의 깊이,[6] 또는 드물게 200미터의 깊이까지 확장될 수 있다.[8] 용해된 물질과 고체 입자는 빛을 흡수하고 산란하며, 해안 지역에서는 이러한 물질이 고농도로 인해 빛이 깊이와 함께 빠르게 감쇠된다. 그러한 지역에서 읍성 지대는 수심 수십 미터 또는 그 이하일 수 있다.[6][8] 광도가 표면 방사조도의 1%에 상당히 못 미치는 이질 영역은 읍류 영역의 기저부에서 약 1000m까지 확장된다.[9] 광자 구역의 바닥에서 해저까지 확장되는 것은 영원한 어둠의 지역인 진딧물 구역이다.[8][9]

바다의 평균 깊이는 약 4300m이기 때문에,[10] 광자대는 해양 전체 부피의 극히 일부분에 불과하다. 그러나 광합성 능력 때문에 광자대는 모든 해양권역 중에서 생물다양성과 생물총량이 가장 크다. 바다의 거의 모든 1차 생산은 여기서 일어난다. 진딧물 구역에 존재하는 어떤 생명체라도 반드시 수기둥을 통해 먹이를 주는 광자 구역으로 위쪽으로 이동할 수 있어야 하거나, 위에서 가라앉는 물질에 의존해야 하거나,[5] 열수 분출구 근처에서 발견되는 화학합성 고고학에서 발생하는 것과 같은 또 다른 에너지와 영양의 원천을 찾아야 한다.

과대변성

추가 정보: 바로파일
마리아나 해구의 챌린저 딥 위치

이 동물들은 아광대의 극한 압력에서 살아남기 위해 진화해왔다. 압력이 10미터마다 1기압씩 상승한다. 압력에 대처하기 위해서, 많은 물고기들은 보통 길이가 25 cm를 넘지 않는, 오히려 작다. 또한, 과학자들은 이 생물들이 깊숙히 살수록, 그들의 육체에 젤라틴을 더 많이 주고 골격 구조를 최소화하는 것을 발견했다. 이 생물체들은 또한 수영 방광과 같이 압박에 의해 붕괴될 수 있는 모든 과도한 충치를 제거했다.[11]

압력은 심해 유기체에 작용하는 가장 큰 환경적 요인이다. 심해에서는 대부분의 심해가 200~600 atm의 압력을 받고 있지만, 압력 범위는 20~1000 atm이다. 압력은 심해생물의 분포에 큰 역할을 한다. 최근까지, 사람들은 대부분의 심해 유기체에 대한 압력의 직접적인 영향에 대한 자세한 정보가 부족했다. 왜냐하면 사실상 심해에서 떠돌던 모든 유기체들이 죽거나 죽어가는 표면에 도착했기 때문이다. 특수 압력 유지실을 포함하는 트랩의 출현으로, 손상되지 않은 더 큰 메타조안 동물들이 심해에서 양호한 상태로 회수되었다. 이들 중 일부는 실험 목적으로 유지되어 왔으며, 우리는 압력의 생물학적 효과에 대해 더 많은 지식을 얻고 있다.

온도

추가 정보: 열성체

해양에서 가장 크고 빠른 기온변화의 두 영역은 지표수와 심해 사이의 전이구역인 열경선과 열수 분출구의 심해 바닥과 온수 흐름의 전환이다. 열선 두께는 수백 미터에서 거의 천 미터까지 다양하다. 열경선 아래, 깊은 바다의 수량은 차갑고 훨씬 더 균질하다. 열전선은 후행성 영역의 온도가 보통 20 °C 이상인 열대 지방에서 가장 강하다. 후두막 밑부분에서 온도는 수백 미터 이상 떨어져 1000 미터에서 5, 6 °C가 된다. 바닥까지 계속 감소하고 있지만 속도는 훨씬 더 느리다. 3000~4000m 이하에서는 물이 등온이다. 어떤 깊이에서도, 온도는 사실상 장기간에 걸쳐 변화하지 않는다. 계절적인 기온 변화도 없고, 연간 기온 변화도 없다. 지구상의 다른 서식지들 중 이처럼 일정한 온도를 가진 곳은 없다.

열수 분출구는 일정한 온도와 직접적인 대조를 이룬다. 이러한 시스템에서 "검은 연기자" 굴뚝에서 나오는 물의 온도는 400 °C(높은 정수압에 의해 끓어오르지 않도록 유지됨)까지 될 수 있으며, 몇 미터 이내에서는 2-4 °C까지 내려갈 수 있다.[12]

염분

추가 정보: 할로파일
멕시코만에서 브라인 풀의 NOAA 렌더링

염분은 깊은 바다 속 깊은 곳에서도 일정하다. 이 규칙에는 두 가지 주목할 만한 예외가 있다.

  1. 지중해에서는 증발에 의한 수분 손실이 강수량 및 하천 유수로 인한 입력을 크게 초과한다. 이 때문에 지중해의 염도는 대서양보다 높다.[13] 증발은 특히 동쪽 반쪽이 높아 이 지역의 수위는 낮아지고 염도는 높아진다.[14] 그 결과 발생하는 압력 경사는 대서양으로부터 비교적 시원하고 낮은 염도의 물을 분지를 가로질러 밀어낸다. 이 물은 동쪽으로 이동하면서 따뜻해지고 소금기가 많아졌다가 레반트 지역에서 가라앉아 서쪽으로 순환하면서 지브롤터 해협을 넘어 대서양으로 다시 흘러 들어간다.[15] 이것의 순효과는 지브롤터 해협에서는 대서양에서 염도가 낮은 차가운 물의 동쪽 표면 전류와 지중해에서 온 따뜻한 식염수의 서쪽 방향 전류가 동시에 발생한다는 것이다. 일단 대서양으로 돌아오면, 화학적으로 구별되는 이 지중해 중급수는 그 근원에서 수천 킬로미터 떨어진 곳에서도 지속될 수 있다.[16]
  2. 브라인 수영장은 해저의 큰 브라인 지역이다. 이 웅덩이는 주변 바다의 3~5배 정도 염도가 높은 수역이다. 심해의 소금 웅덩이에서 소금의 근원은 소금 구조학을 통한 큰 소금 퇴적물의 용해다. 브라인에는 종종 고농도의 메탄가스가 들어있어 이 특별한 생물체에 살고 있는 화학합성극단세포에 에너지를 공급한다. 브라인 수영장은 또한 해빙 형성 과정에서 소금 성분이 배제된 남극 대륙붕에 존재하는 것으로 알려져 있다. 깊은 바다와 남극의 브라인 수영장은 해양 동물들에게 독이 될 수 있다. 브라인 웅덩이는 때때로 해저 호수로 불리는데, 그 이유는 짙은 브라인으로 인해 해수가 넘치지 않기 때문이다. 염도가 높으면 브라인 밀도가 높아져 수영장의 표면과 해안선이 뚜렷하게 형성된다.[17]

깊은 바다, 즉 깊은 층은 1000 패텀(1800m) 이상의 깊이에서 열경선 아래에 존재하는 바다에서 가장 낮은 층이다. 심해에서 가장 깊은 곳은 서북태평양에 위치한 마리아나 해구다. 그것은 또한 지구 표면의 가장 깊은 지점이다. 최대 깊이는 약 10.9km로 에베레스트산 높이보다 깊다. 1960년 돈 월시와 자크 피카르는 트리에스테 바티스캐프의 마리아나 해구 바닥에 도달했다. 압력은 평방미터당 약 11,318톤의 힘(110.99 MPa 또는 16100 psi)이다.

구역

추가 정보: Benthic zone, Benthos, Benthic fish, Benthopelic fish 및 Demersal fish

메소펠라틱

주요 기사: 메소펠러지대와 메소펠러지 어류
대부분의 메소플릭 피쉬는 이 사베르투른 물고기처럼 위를 향한 눈을 가진 포식자들이다.

중수대는 중수대의 상부 구간으로 해수면 아래 200~1000m(660~3280ft)까지 뻗어 있다. 이곳은 광합성을 지원하기에는 빛이 아직 이 층을 관통할 수 있기 때문에 구어적으로 "황혼지대"로 알려져 있다. 그러나 제한된 양의 빛은 여전히 유기체가 볼 수 있도록 할 수 있고, 예민한 시야를 가진 생물들은 그들의 시력을 이용하여 먹이를 감지하고, 의사소통을 하고, 방향을 잡을 수 있다. 이 층의 유기체는 환경의 빛의 양을 극대화하기 위해 큰 눈을 가지고 있다.[18]

대부분의 메소플랑크 피쉬는 매일 수직 이동을 하고, 밤에 후두피로 이동하며, 종종 동물성 플랑크톤과 비슷한 이동을 하고, 낮 동안 안전을 위해 깊은 곳으로 돌아간다.[19][20]: 585 이러한 수직 이동은 종종 큰 수직 거리에서 발생하며, 수영객의 도움을 받아 수행된다. 수염은 물고기가 위로 올라가고 싶을 때 부풀어 오르게 되는데, 중족구 내의 고기압으로 볼 때, 이것은 상당한 에너지를 필요로 한다. 물고기가 올라감에 따라, 수영복의 압력은 그것이 터지지 않도록 조절되어야 한다. 물고기가 깊은 곳으로 돌아가고 싶을 때, 수영복은 축 늘어진다.[21] 일부 중간고사 어류는 10~20°C(18~36°F)의 온도가 변하는 열선(thermocline)을 통해 매일 이동하기 때문에 온도 변화에 대한 상당한 공차를 보인다.[20]: 590

중피성 물고기는 보통 방어적인 가시가 부족하며, 다른 물고기로부터 위장하기 위해 색과 생물 발광을 사용한다. 매복 포식자는 검거나 검거나 빨갛다. 빨강 파장은 길수록 심해에 도달하지 않기 때문에 빨강은 사실상 검정과 같은 기능을 한다. 철새의 형태는 반향의 은빛 색상을 사용한다. 배꼽에는 종종 낮은 등급의 빛을 내는 광자를 표시한다. 아래에서 위를 바라보는 포식자에게 이 생물 발광은 물고기의 실루엣을 위장한다. 그러나 이러한 맹수들 중 일부는 주변 빛을 여과하는 노란색 렌즈를 가지고 있어 생물 발광을 볼 수 있게 한다.[22]

바실

주요기사 : Bathyal zone과 Bathypelagic fish
걸퍼장어는 먹이를 잡기 위해 입을 그물처럼 사용하고, 먹이를 유인하기 위해 생물 발광 꼬리가 있다.

배틸존은 중수대의 하부구간으로 수심 1000~4000m(3300~3만3100ft)의 깊이를 포괄한다.[23] 빛은 이 구역에 도달하지 못하여 "자정 구역"이라는 별명이 붙는다. 빛이 부족하기 때문에 훨씬 더 크지만, 후행성 구역보다 인구 밀도가 낮다.[24] 어류는 파쇄압력, 4℃(39℃)의 한랭온도, 용존산소의 낮은 수준, 충분한 영양소가 부족하기 때문에 이 구역에서 살기 힘들다.[20]: 585 욕실용 욕실용 구역에서 이용할 수 있는 에너지가 적은 것은 데트리투스, 패칼 물질, 그리고 때때로 무척추동물이나 메소펠라믹 어류의 형태로 위에서부터 여과된다.[20]: 594 후두정맥영역에서 유래한 음식의 약 20%는 중두정맥영역까지 떨어지지만, 약 5%만이 욕실용영역까지 여과한다.[25] 그 곳에 사는 물고기는 아가미, 신장, 심장, 수영복 등을 줄였거나 완전히 잃었을 수 있고 비늘이 있는 피부 대신 날씬하며 골격과 근육질의 체격이 약하다.[20]: 587 바실존에 사는 동물들은 대부분 해면동물, 두족류, 에치노데름과 같은 무척추동물이다. 바다의 매우 깊은 지역을 제외하고, 바실존은 보통 해저의 벤트닉존에 도달한다.[24]

아비살과 하달

주요 기사: 아비살평원, 아비살존, 하달존
열수 분출구 근처에 있는 거대한 튜브 웜케모사이즈

심연 지대는 4,000~6,000미터 깊이의 영원한 어둠 속에 남아 있다.[23] 이 지역에 서식하는 유일한 생물은 엄청난 압력을 견뎌낼 수 있는 화학생식물과 포식자들로, 때로는 76메가파스칼(750 atm, 11,000 psi)이나 된다. 하달지대(그리스 지하세계의 신 하데스의 이름을 따서 명명)는 6,000m(2만ft) 이하의 깊이에 이르는 세계에서 가장 깊은 참호를 위해 지정된 지역이다. 하달지대에서 가장 깊은 지점은 마리아나 해구인데, 마리아나 해구는 10,911미터(35,797피트)까지 내려가고, 압력은 110메가파스칼(1,100미터, 16,000 psi)이다.[26][27][28]

에너지원

나무는 에너지원으로서 떨어진다.

해상의 눈

바다의 위쪽 광자대는 입자 유기 물질(POM)로 가득 차 있으며, 특히 해안 지역과 상류 지역에서 생산성이 상당히 높다. 그러나 대부분의 POM은 작고 가볍다. 이러한 입자들이 물기둥을 통해 심해로 가라앉는 데는 수백 년, 심지어 수천 년이 걸릴지도 모른다. 이 시간 지연은 그 입자들이 먹이사슬에 있는 유기체들에 의해 회상되고 흡수될 만큼 충분히 길다.

우즈홀 해양학 연구소의 과학자들은 30년 전 깊은 사르가소해에서 침몰 속도를 관찰하는 실험을 했다.[29] 그들은 POM이 훨씬 더 빠른 속도로 가라앉는 더 큰 입자로 다시 포장되어 '눈처럼 떨어진다'고 알려진 것을 발견했다.

음식의 첨탑성 때문에, 밑바닥과 위에 사는 유기체들은 일반적으로 기회주의적이다. 그들은 이러한 극단적인 환경에 특별한 적응을 가지고 있다: 급속한 성장, 효과 유충 분산 메커니즘, 그리고 '전환적인' 식량 자원을 사용하는 능력이다. 대표적인 예가 나무로 만든 이발형인데, 이 두발형은 나무와 다른 식물들이 남아있고, 그 잔해에서 나오는 유기물을 먹고 산다.

고래 폭포

심해 생태계는 고래가 죽는 것이 가장 중요한 사건이다. 죽은 고래는 수백 톤의 유기물을 바닥에 가져올 수 있다. 고래 낙상 공동체는 세 단계를 거쳐 진행된다.[30]

  1. 모바일 스캐빈저 단계: 크고 움직이는 심해 동물들은 고래가 바닥에 떨어진 직후에 현장에 도착한다. 앰프포드, 게, 잠자는 상어, 하그피쉬는 모두 청소부들이다.
  2. 기회주의 단계: 유기체는 사체와 청소부들이 남긴 다른 조직에서 나온 유기 물질로 오염된 뼈와 주변 퇴적물을 식민지화 하는 곳에 도착한다. 한 속은 관벌레인 [31]Osedax이다. 애벌레는 성별 없이 태어난다. 주변 환경이 유충의 성을 결정한다. 유충이 고래 뼈에 정착하면 암놈으로 변하고, 유충이 암컷에 정착하거나 암놈에 정착하면 난쟁이 수컷으로 변한다. 한 여성 오스닥스는 200명 이상의 남성 개인을 난관에 태울 수 있다.
  3. 황색 단계: 이 단계에서는 뼈의 추가 분해와 해수 황산염 감소가 일어난다. 박테리아는 열수 분출구와 유사한 황화물이 풍부한 환경을 만든다. 폴리노이드, 이발브, 위스트로포드, 그리고 다른 유황을 좋아하는 생물들이 이주한다.

화학합성법

열수분출구

열수 분출구

열수 분출구는 1977년 Scripps 해양학 연구소의 과학자들에 의해 발견되었다. 지금까지 발견된 열수 분출구는 모두 판의 경계에 위치해 있다. 동태평양, 캘리포니아, 대서양 중턱, 중국, 일본.

지각판이 서로 떨어져 나가면서 대서양 중턱 산등성이와 같은 지역에서 새로운 해양 유역 재료가 만들어지고 있다. 판의 확산 속도는 1~5 cm/yr이다. 차가운 바닷물은 두 접시 사이의 갈라진 틈으로 아래로 순환하며 뜨거운 바위를 통과할 때 뜨거워진다. 광물과 황화물은 암석과의 상호작용 동안 물에 녹는다. 결국, 이 뜨거운 용액은 해저의 활발한 균열에서 분출되어 열수 분출구를 만든다.

박테리아의 화학합성성은 통풍구 생태계의 먹이 그물 전체에 에너지와 유기 물질을 제공한다. 거대 튜브 벌레는 영양소의 풍부함 때문에 2.4m (7피트 10인치)까지 자랄 수 있다. 300종 이상의 새로운 종들이 열수 분출구에서 발견되었다.[32]

열수 분출구는 태양으로부터 독립된 전체 생태계로, 지구가 태양 없이 생명체를 지탱할 수 있다는 첫 번째 증거가 될 수 있다.

한기가 스며들다.

한랭이(Cold Vent)는 황화수소, 메탄 및 기타 탄화수소가 풍부한 액이 스며드는 해저의 한 영역으로, 종종 브라인 풀의 형태로 발생한다.

생태학

심해 먹이사슬은 복잡하고, 시스템의 측면도 제대로 파악되지 않는다. 전형적으로 심층 내 포식자-프리 상호작용은 직접 관찰(예: 원격으로 운용되는 수중 차량에서)과 위 내용물 분석, 생화학적 분석을 통해 취합된다. 위 내용물 분석은 가장 흔히 사용되는 방법이지만 일부 종에게는 신뢰성이 떨어진다.[33]

캘리포니아 근해 심해 펠릭스 생태계에서 영양 거미줄은 심해어, 두족류, 젤라틴성 동물성 플랑크톤, 갑각류 등이 지배하고 있다. 1991년과 2016년 사이에 166종의 포식자와 먹이 사이의 242종의 독특한 먹이 관계는 젤라틴성 동물성 플랑크톤이 큰 물고기와 오징어의 그것과 유사한 생태학적 영향을 미친다는 것을 보여주었다. 나르코메두새, 사이포노포레(물식물의 일종), 두족류, 두족류 등이 먹이의 가장 다양한 다양성을 먹이로 삼으며 순서가 떨어졌다.[33] 식인 풍습은 고나투스 속 오징어에 기록되어 있다.[34]

참고 항목

참조

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