고래의 낙하

Whale fall
캘리포니아 남부 산타크루즈 분지의 깊이 1,674m(5,492ft)의 화학자생영양성 고래 낙하 군락지로, 박테리아 매트, 퇴적물 속의 방광대합조개, 갈라테이드 게, 폴리노이드 및 기타 다양한 무척추동물을 포함한다.

고래의 사체가 수심 1,000미터(3,[1]300피트) 이상의 해저에 떨어졌을 때 고래가 떨어진다.해저에서, 이 시체들은 수십 [1]년 동안 심해 유기체에 영양분을 공급하는 복잡한 국지적인 생태계를 형성할 수 있다.이것은 고래 사체가 비교적 짧은 시간 동안 청소부들에 의해 소비되는 얕은 물과는 다릅니다.고래의 추락은 1970년대 후반 심해 로봇 [2]탐사의 개발로 처음 관찰되었다.그 이후로, 깊은 [4]해저에서 생태학적 연속 패턴을 이해하기 위해 잠수정과 원격 작동 수중 차량(ROV)의 관측을 통해 몇 가지 자연적이고 실험적인 고래 추락을 모니터링했다[1][3].

심해 고래의 추락은 특수 동물군에 [1]대한 적응 방사선의 핫스팟으로 여겨진다.심해 고래의 추락 현장에서 관찰된 유기체는 문어, 거대 등각류, 쪼그려 앉은 바닷가재, 폴리캐이, 새우, 새우, 바닷가재, 먹물고기, 오세닥스, 게, 해삼, 그리고 잠자는 상어 등이다.새로운 [1]종들이 발견되었는데, 여기에는 잠재적으로 고래의 폭포를 전문으로 하는 것이 발견되었다.고래의 폭포는 여러 계통이 이동하고 새로운 환경 [1]도전적인 서식지에 적응할 수 있도록 진화적인 디딤돌을 제공함으로써 생물 다양성을 창출한다고 가정되어 왔다.연구원들은 9개의 가장 큰 고래 종 중 69만 마리의 사체/스켈레톤이 한 [5]번에 네 번의 승계 단계 중 하나에 있다고 추정한다.이 추정치는 이동 경로를 따라 평균 12km(7.5mi)에서 최소 5km(3.1mi)의 간격을 의미합니다.그들은 이 거리가 유충이 한 곳에서 다른 [5]곳으로 흩어지거나 이동할 수 있을 정도로 짧다는 가설을 세운다.

고래의 추락은 차가운 온도와 높은 정수압으로 인해 깊은 바다에서 발생할 수 있습니다.연안 바다에서는 따뜻한 물뿐만 아니라 포식자의 높은 발생률은 고래 [1]사체의 부패를 촉진한다.부패 가스로 인해 사체가 떠다니면서 [6]사체가 표면에 남아 있을 수도 있다.대부분의 큰 고래의 몸은 주변의[7] 바닷물보다 약간 더 밀도가 높고, 폐가 [8]공기로 가득 찰 때만 확실히 부력이 됩니다.폐가 수축될 때, 고래 사체는 [1]물기둥에 있는 중요한 고래 낙하 청소부들의 부족으로 인해 해저에 빠르고 비교적 온전하게 도달할 수 있습니다.일단 심해에서, 차가운 온도는 분해 속도를 늦추고, 높은 정수압은 가스의 용해도를 증가시켜 고래가 손상되지 않고 더 깊은 [6]곳까지 가라앉게 합니다.

생물 펌프에 대한 기여

일반적인 고래 사체에 묶여 있는 탄소의 양(일반적인 40톤 사체의 경우 약 2톤의 탄소)은 100-200년 [9]동안 심해 해저 1헥타르에 수출된 탄소의 양과 거의 같다.한 번에 해저에 도달하는 이 유기물의 양은 고래 [9]낙하 바로 아래의 50평방미터의 퇴적물에서 약 2000년의 배경 탄소량에 해당하는 펄스를 생성한다.이것은 고래 낙하를 중심으로 발달하는 공동체 구조를 유지하는데 도움을 주지만, 생물 펌프나 표면에서 수심까지의 유기 물질의 플럭스에도 잠재적인 영향을 미칩니다.

고래와 다른 큰 해양 동물들은 영양분을 위해 동물성 플랑크톤의 큰 무리를 먹고 따라다닌다.단순한 영양 구조에 근거하면, 이것은 고래와 다른 대형 동물성 플랑크톤 사료들이 높은 1차 생산 지역 주변에서 더 풍부하게 발견될 수 있다는 것을 의미하며,[10] 잠재적으로 그들은 먹이 추락을 통해 깊이의 탄소를 수출하는 중요한 존재가 될 수 있다.생물학적 펌프 모델에 따르면 심해에 의한 대량의 탄소 흡수는 미립자 유기 탄소(POC)만으로는 공급되지 않으며 다른 공급원에서 공급되어야 합니다.특히 해안 지역에서 탄소의 측면 이류가 모델의 결손에 기여하지만, 식량 낙하 또한 심해에서 [10]유기 탄소의 또 다른 원천이다.깊은 바다에 대한 총 탄소 플럭스에 대한 다양한 비율의 식품 하락이 0.[11]3%에서 4%[10]에 이르는 것으로 가정되었다.

특히 1차 생산성이 높은 지역의 지역 규모에서 심해 탄소 플럭스에 대한 식품의 기여도가 당초 제안된 것보다 크다는 증거가 증가하고 있다.안타깝게도 생물학적 펌프에 대한 음식물 낙하 기여는 측정하기 어렵고 발견된[12][10] 추락에 대한 몇 가지 우연한 연구와 퇴적물 [14]함정에 의존하는 심해 탄소 플럭스 연구의 많은 부분을 심은 사체에[13] 의존한다.

검출

회색 고래의 뼈대가 산타크루즈 분지 해저에 놓여있고 먹장어가 미 해군의 심해 잠수정의 시야로 헤엄치고 있다.앨빈[15]

고래 사체가 전문화된 동물 군집을 형성할 수 있다는 최초의 징후는 1854년 떠다니는 고래 풍선 [5]조각에서 새로운 홍합 종이 추출되었을 때 일어났다.1960년대까지, 심해 저인망 어선들은 의도치 않게 [5]고래 뼈에 붙어 있는 림프렛(Osteopelta라고 이름 붙여진)을 포함한 다른 새로운 연체동물 종들을 회수했다.

최초의 [2]해저 고래 추락 기록은 1977년 2월 19일 미 해군 잠수정 조종사 켄 핸슨, 조지 엘리스 주임원사, 톰 베터 부원장이 잠수정 트리에스테 II(DSV-1)에서 발견했다.유기조직이 전혀 없는 사체의 뼈대는 그대로 남아 해저에 납작하게 주저앉았다.잠수정은 턱뼈와 지골을 회복했다.이 고래는 뼈와 뼈의 크기, 이빨의 부족, 산타 카탈리나 [5]서쪽의 위치 등을 근거로 회색 고래로 여겨졌다.

고래 뼈에 있는 유기물질의 혐기성 분해로 살아가는 화학자율영양조립체를 포함한 최초의 고래낙하 생태계는 [16]1987년 하와이 대학 해양학자 크레이그 스미스(Craig Smith)가 이끄는 과학자 팀에 의해 발견되었다.DSV 앨빈호는 카탈리나 분지의 1,240m(4,070ft) 지점에서 음파탐지기를 이용해 유적을 관찰했고 이 놀라운 [5]군집으로부터 최초의 사진 이미지와 동물과 미생물의 샘플을 수집했다.

현재 알려진 고래의 분포는 세계에 떨어진다. (2022년 5월)

그 이후로 많은 다른 고래의 폭포가 해군 잠수함뿐만 아니라 더 많은 연구원들과 심해 탐험가들에 의해 발견되었다.이 같은 검출량 증가는 주로 해저에서 대규모 물질 집적을 정밀하게 조사할 수 있는 최첨단 사이드 스캔 음파탐지기를 사용한 덕분이다.2022년 연구에서는 45개의 알려진 자연 고래 낙하, 38개의 이식된 추락, 78개의 화석 고래가 태평양에 있지만 [17]특히 대서양에 있는 화석 고래의 추락을 확인했습니다.

생태학

산타 카탈리나 분지 바닥에서 5년 만에 고래뼈가 회수되었습니다.뼈 표면에는 하얀 박테리아 매트 조각과 쪼그리고 앉은 바닷가재가 있다.히드로이드는 [15]뼈에 붙어있는 노란 선에 싹이 텄다.

고래의 폭포는 이동 [6]경로를 따라 집중되어 시공간 전체에 불균일하게 분포되어 있다.이 고래들은 바다를 가로지르는 폭포에서 많은 겹침이 있다.홍합과 방광조개는 유황과 같은 무기 화학 물질로부터 에너지를 끌어낼 수 있는 화학 합성 박테리아를 품고 있는 그룹에 속합니다.고래 폭포에서 그들의 존재가 발견되기 전에, 이 무리들의 서식지는 가라앉은 나무와 열수 분출구뿐이었다.비슷하게, 루시니드 바지락은 이전에는 탄소 침출물과 무독성 해저 [5]퇴적물에서만 서식하는 것으로 알려져 있었다.심해다발충속인 오세닥스는 고래 뼈를 부식시키기 위해 산을 배설하고 안에 [1]갇힌 영양분을 흡수함으로써 생태계 엔지니어 역할을 한다.이것은 뼈의 매트릭스로의 물의 확산을 증가시키고 더 희귀한 [18]종에 의한 뼈 매트릭스의 군락을 용이하게 함으로써 심해의 생물 다양성을 강화합니다.Osedax는 성인 [19]해골만큼 잘 교정되지 않은 어린 해골에서 더 극적인 효과를 가지고 있습니다.

고래의 낙상 지점에서는 3-5개의 영양 수준이 존재하는 것을 흔히 볼 수 있으며, 두 개의 주요 영양원이 먹이 그물의 기초를 구성한다.성인 고래 사체는 최대 5개의 영양 레벨을 수용할 수 있는 반면, 청소년 고래 사체는 일반적으로 [19]3개의 영양 레벨을 가지고 있습니다.

최근의 연구는 또한 "이중 틈새 칸막이"의 가능한 경향을 보여주는데, 이 경우 청소동물은 낮에 사체의 최고 밀도에 도달하는 경향이 있고 포식자들은 밤에 더 많이 존재하여 두 영양 그룹 [4]간의 경쟁을 감소시킨다.또한 조수 패턴과 종의 발생 추세가 있을 수 있으며, 이는 조수가 [4]틈새 구획에도 영향을 미친다는 것을 보여준다.

영양분이 풍부한 다른 많은 양의 물질이 해저로 떨어질 때 비슷한 생태계가 존재한다.다시마의 움푹 패인 바닥은 다시마 폭포를 만들고, 큰 나무들은 가라앉아 나무 폭포를 만들 수 있다.최근 몇 년 동안, 난파선은 또한 심해 공동체를 위한 기지를 제공해 왔다.고래의 낙하를 따라 형성된 생태계에는 4단계 생태계승이 [1]있다.

생태계 단계

고래의 [1]추락과 관련된 네 가지 분해 단계가 있다.이러한 단계는 지속시간이 다양하며 사체의 크기, 수심 및 조류 [6]흐름과 같은 기타 환경 변수와 서로 겹친다.크고 온전한 고래의 추락은 4개의 분해 단계를 통과하는 것으로 보이는 반면, 작고 부분적인 사체의 단계는 [20]잘릴 수 있습니다.돌고래와 돌고래와 같은 작은 고래들은 크기가 작고 지질 [20]함량이 낮기 때문에 같은 생태학적 승계 단계를 거치지 않는다.연구자들은 Osedax 웜의 존재 또한 관찰된 연속적인 [21]차이점에 기여하는 요소일 수 있다고 믿는다.

스테이지 1

초기 시기는 먹장어와 잠자는 상어 같은 "이동성 청소부"가 사체의 부드러운 조직을 적극적으로 섭취하면서 시작된다.소비량은 하루에 [5]40~60kg(88~132파운드)의 비율로 섭취할 수 있다.이 단계는 보통 수개월에서 최대 1.5년까지 [4]지속됩니다.

스테이지 2

두 번째 단계는 "풍부한 기회주의자"를 소개한다.이들은 시체나 청소부들이 [5]남긴 다른 조직으로부터 유기물로 오염된 뼈와 주변 퇴적물을 군집화하는 동물들이다.이 단계는 최대 4.5년까지 [4]수개월 동안 지속될 수 있습니다.

스테이지 3

3단계에서는 황산성 세균이 뼈에 박힌 지질들을 혐기적으로 분해한다.산소 대신 용존 황산염(SO2−
4)을 줄이고 황화수소를 배출한다.HS의 독성
2 때문에 저항성 화학 합성 박테리아만 살아남는다.박테리아 매트는 홍합, 바지락, 림프렛, 골뱅이에게 영양분을 제공합니다.고래 뼈에는 지질 성분이 풍부하여 몸무게의 4-6%를 차지하기 때문에, 최종 소화 단계는 50년에서 100년 [5]사이 지속될 수 있습니다.

스테이지 4

몇몇 과학자들은 고래가 떨어지는 곳에서 생태학적 승계의 4단계인 "영원한 단계"[1]를 가정한다.고래는 유기 화합물이 고갈되고 뼈에 미네랄만 남아 현탁액과 여과 [20]피더에 단단한 기질을 제공하게 되면 이 단계로 떨어집니다.

메타노제네시스

메타노제네시스라고 불리는 과정은 또한 고래의 폭포 주변에서 일어날 수 있다.메탄을 생성하는 고세균은 무독성 퇴적물에 풍부할 수 있지만, 고래 폭포에서 발견되는 황 환원 박테리아와 함께 발견되는 것은 보통 아니다.그러나 고래의 낙하물은 유황 환원 박테리아와 메탄 생성 고세균을 모두 지지하기 때문에 이 영역은 전자 공여자가 한정되지 않으며/또는 적절한 [22]기질을 위한 경쟁이 최소화되거나 아예 없다는 결론을 도출한다.황화물과 메탄의 농도 구배는 고래 폭포 주변에서 발견될 수 있으며, 가장 높은 농도는 주변의 퇴적물 농도보다 몇 배 높은 사체의 1미터 이내이다.메타노제네시스는 퇴적물과 [22]사체의 뼈 모두에서 발생하는 유황 감소와는 반대로 퇴적물에서만 발생하는 것으로 보인다.퇴적물과 높은 지질 고래 뼈에 유황 감소가 가해지는 것은 고래의 추락이 오랜 시간 [22]동안 심해 공동체를 유지할 수 있는 중요한 요인이다.

고생물학

워싱턴의 에오세 후기와 올리고세(34-23MYA)와 이탈리아의 플리오센에서 발견된 고래 낙엽 화석에는 화학 합성되지 않은 환경에서도 서식했던 조개가 포함되어 있습니다.화학 합성 전용 동물은 캘리포니아와 일본에서 [23]마이오세(23-5MYA)까지 나타나지 않는다.이것은 초기 고래 뼈의 지질 함량이 너무 [5]낮았기 때문일 것이다.선사시대 고래들이 원양에서 살고 더 깊이 잠수하도록 진화함에 따라, 고래들의 구조 변화는 크기 증가, 골밀도 감소, 그리고 지질 [6]함량 증가를 포함했다.심해에 [23]화학 합성 군집을 형성하게 된 것은 이러한 지질 함량 증가 때문이다.

뉴질랜드 에오세 거북 뼈에서 림프펫 오스테오펠타가 발견된 것은 이 동물들이 중생대 파충류([24]251-66MYA)에 서식할 가능성이 있는 고래보다 먼저 진화했다는 것을 보여준다.그들은 파충류의 멸종과 고래의 출현 사이의 2천만 년의 갭을 기다리는 동안 침출수, 나무 낙엽, 통풍구에서 살아남았을지도 모른다.또 다른 가능성은 이 화석들이 이전의 막다른 진화 경로를 나타내며 오늘날의 고래 낙엽동물이 독립적으로 [5]진화했다는 것이다.

인공 효과

포경선들은 최근에 잡아서 포획하려고 하는 고래와 함께 서 있다.

고래잡이 산업은 많은 큰 고래를 제거함으로써 고래의 낙하의 양을 줄임으로써 생물학적 펌프에 영향을 미쳤다고 제안되어 왔다.이것이 해저 고래 낙하 지역 집단에 미치는 영향은 [25]잘 알려져 있지 않다.하지만, 큰 고래를 제거함으로써 심해의 총 바이오매스가 30% [25]이상 감소했을 수 있다고 제안되었다.고래들은 고래가 떨어지는 동안 심해에 수출된 엄청난 양의 탄소를 저장했다.따라서 고래잡이는 심해의 [25]탄소를 격리하는 능력도 떨어뜨렸다.탄소는 심해에서 수백 년에서 수천 년 동안 격리되어 해저 [25]공동체를 지탱할 수 있습니다.탄소 격리 측면에서 고래 한 마리당 수천 그루의 [26]나무와 맞먹는 것으로 추정된다.

다른 대형 식품과 대비

또한 심해로 떨어진 다른 비 포유류 해양 척추동물의 사체를 기초로 한 연구도 있었다.특히 고래상어의 사체와 세 마리의 모불리드 가오리 사체가 우연히 발견되면서 고래의 [27]추락과는 반대로 큰 엘라스모가지 폭포 주변의 군집들이 관찰되었습니다.고래상어는 수심 약 1,000미터의 물에서 정기적으로 서식하는데,[28] 이것은 고래상어가 풍부한 지역에 떨어지는 규칙적인 형태의 먹이일 수 있다는 것을 암시한다.고래상어 주변에서 많은 뱀장어(Zoarcidae)가 발견됐고, 사체에서 시추공이 관찰되면서 직접 먹이를 먹었다는 증거도 있었다.또 다른 이론은 뱀장어들이 그들의 주요 먹이인 양족동물과 다른 작은 해저동물을 기다리고 있었다는 것을 암시한다.발견된 3개의 광선은 서로 다른 분해 단계에 있었고,[27] 이로 인해 개체 주변에서 다양한 조립체가 발견되었다.더 많은 수의 청소부들이 더 온전한 개체들을 둘러싸고 발견되었는데, 여기에는 먹장어 같은 전형적인 청소부들이 포함되어 있다.가장 온전하지 않은 개체 주변에서 농축 구역에서 세균 매트가 관찰되었지만, 고래 낙하의 전형적인 조개나 홍합은 [27]발견되지 않았다.

전반적으로, 관찰된 네 개의 사체는 청소기 단계를 지나 진행의 증거를 보여주지 않았다.큰 엘라스모가지와 고래 사이의 생리적인 차이뿐만 아니라 크기 제한은 각각의 [27]사체를 둘러싼 군집에서 관찰된 변화를 야기할 수 있습니다.오세닥스 지렁이는 지질뿐만 아니라 뼈에서도 콜라겐을 추출할 수 있는 능력을 가지고 있어 [29]고래의 지질 함량이 높은 유골 이외의 뼈로도 살아갈 수 있다.비록 이 연구에서 비유골에서 오세닥스가 발견되지 않았지만, 오세닥스가 발견되지 않은 것은 관찰 시기 때문이었을 수도 있고, 오세닥스는 아직 [27]사체를 식민지화하지 않았다.작은 고래류와 다른 해양 척추동물 먹이 추락에 대한 다양한 연구들은 이러한 추락이 많은 양의 새로운 유기물을 깊이 있게 하지만 고래 폭포에서 볼 수 있는 다양한 집합체와는 달리 대부분 청소부 군집을 지탱한다는 비슷한 결론에 도달했다.이 결론은 큰 고래들이 그들의 부피 구성과 골수에서 훨씬 더 높은 지질 함량을 가지고 있다는 지식에 근거해 도출될 수 있는데, 이것은 고래 [13][10]폭포에 연속적으로 존재하는 다양한 군집을 지탱한다.

연구자들은 용각류 사체를 현대의 고래가 떨어지는 사건과 비교하면서 용각류 사체가 현대의 고래와 비슷한 크기에 도달했다는 것을 알아냈다.용각류 사체는 에너지가 풍부한 저수지였을 수도 있고, 먼 거리를 떠다니지 않았기 때문에 많은 육식 [30]공룡들의 주요 자원이었을 수도 있다.

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레퍼런스

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