海洋生物学

海洋生物学是对海洋物种的生物学或水生生命的科学研究。海洋生物学根据物种的生存环境对其进行分类，而不是根据其分类学，因为生物学中的许多门、科、属都包含一些生活在水中而另一些生活在陆地的物种。

地球上绝大多数生命都栖息在海洋中。由于仍有待发现的海洋物种，这一巨大比例的确切规模尚不清楚。水，一种复杂的三维领域，约占地球表面的 71%。海洋生物学家研究范围广泛的栖息地，从生物和非生物物质可能被困在海洋和大气之间的表面张力中的薄薄的表层水，到可以找到的海洋海沟，其深度可达海面以下 10,000 米或更深。特定的栖息地包括泥泞、沙质和岩石底部；潮汐池；海山和热液喷口周围区域；河口；珊瑚礁；海带森林；海草草甸；以及开阔大洋（远洋）区域，这些区域固体物体很少见，水的表面是唯一可辨别的边界。从微小的浮游植物和浮游动物到长达 25-32 米（82-105 英尺）的巨大鲸类（鲸鱼），各种各样的生物都得到了研究。研究海洋生物与其环境之间相互作用的学科称为海洋生态学。

海洋生物是丰富的资源，为全球的娱乐和旅游业提供了支持，同时也提供了食物、药品和原材料。海洋生物在定义我们星球的性质方面起着关键作用。海洋生物在管理地球气候和氧气循环方面发挥着重要作用。海洋生物保护和塑造海岸线，甚至一些海洋物种有助于形成新的陆地。

人类在经济上依赖多种多样的物种，包括贝类和鱼类。其他生物的健康与海洋生物之间的基本联系现在正逐渐显现。随着几乎每天都有新的发现产生，我们对海洋生物与主要循环之间联系的理解正在迅速扩展。这些循环包括物质循环（如碳循环）和空气循环（如地球上的呼吸过程）以及跨越包括海洋在内的生态系统的能量流动。许多海洋表面以下的区域仍然很大程度上未知。

生物海洋学

对海洋生物的研究称为海洋生物学。地球表面大部分被海洋覆盖，海洋是海洋生物的家园。海洋平均深度为四公里，海岸线约 360,000 公里。

可以区分生物海洋学和海洋生物学。海洋生物学和生物海洋学是研究海洋生物的两个领域。生物海洋学研究生物如何影响海洋系统中的物理、化学和地质过程，以及它们如何受到这些过程的影响。生物海洋学的主要重点是生活在海洋中的微生物。它研究这些物种如何受到其环境的影响，以及这对较大的海洋生物和生态系统有何影响。

虽然生物海洋学和海洋生物学相关，但它们从不同的角度研究海洋生物。海洋生物学从上往下审视海洋，而生物海洋学则从下往上探索食物网。生物海洋学的主要重点是海洋的生态学，特别是浮游生物。这包括它们的形态、运动性、新陈代谢和营养来源的多样性；它们的生产力及其在全球碳循环中的作用；以及它们在捕食和生命周期方面的分布。此外，生物海洋学还关注人类如何影响海洋生态系统以及细菌在食物链中的作用。

海洋栖息地

沿海和远洋栖息地是海洋环境的两个类别。从海岸延伸到大陆架边缘的区域是沿海生态系统的所在地。尽管它们仅占海洋总面积的 7%，但许多海洋物种位于沿海地区。大陆架以外的深海是远洋栖息地的所在地。或者，也可以使用远洋和底层栖息地来对海洋环境进行分类。而底层栖息地靠近或位于海底，远洋栖息地则位于海面或开放水域，远离海底并受洋流影响。人类会改变海洋环境。某些海洋生物，如海草、海带和珊瑚，是生态系统工程师，它们改变海洋环境，从而为其他生物提供更多的栖息地。

近岸和潮间带区域

潮间带区域是海岸线上受海洋潮汐持续暴露和覆盖的地方。该区域是多种生物的家园。海岸栖息地包括高潮间带区域，直到陆地植被占主导地位的区域。它可能每天或偶尔被淹没。

该区域的许多物种是食腐动物，以冲刷到海岸的海洋碎屑为生。各种陆地生物广泛利用海滨和潮间带环境。生物侵蚀是该环境中一部分生物研磨和钻探暴露岩石的过程。

河口

河口受潮汐影响，位于海岸附近。河口是沿海水体，部分被封闭，接收来自一条或多条河流或溪流的水，并与海洋有开放的连接。在淡水河流栖息地和咸水沿海环境之间，河口提供了一个过渡区域。它们受到河流中的淡水和沉积物流以及潮汐、波浪和盐水入口等海洋力的影响。由于淡水和咸水交替流动带来的高营养物质，河口是世界上最高产的自然环境之一。

珊瑚礁

世界上一些最密集和最多样化的环境可以在珊瑚礁上找到。尽管它们可以在冷水中存在，但热带珊瑚礁是珊瑚礁中最著名的种类，存在于大多数热带水域。珊瑚和其他沉积钙的生物构成了珊瑚礁，珊瑚礁通常位于海底的岩石斑块之上。由于珊瑚礁可以在不同表面生长，因此可以产生人工珊瑚礁。除了珊瑚本身，珊瑚礁还支撑着各种其他生物，如热带鱼及其共生的虫黄藻。

在海洋生物学中，厄尔尼诺现象和珊瑚礁受到高度关注。1998 年发生了世界上最大的珊瑚白化事件，当时海水表面温度远高于平均水平，导致大片珊瑚礁死亡。尽管一些珊瑚礁正在恢复，但专家估计，全球 50% 至 70% 的珊瑚礁目前面临消失的危险，他们认为全球变暖可能会加剧这一趋势。

远洋

由于缺乏营养，远洋生产力相对较低，但总体而言，由于其规模，它产生了最高的初级生产力。远洋内部存在不同的区域，每个区域都有其自身的生态系统。根据深度差异，有上表层带、中层带、深层带、深渊带和超深渊带。根据接收光线量的不同，有透光带和无光带。远洋为无光带提供了大量的能量，以碎屑的形式。

深海和海沟

马里亚纳海沟位于太平洋，靠近菲律宾，是测得最深的海洋海沟，深度达 10,924 米（35,840 英尺）。尽管这些深度下没有阳光且水压极高，但仍然存在一些生命。1960 年，美国三叉戟号潜水器的船员在下潜到底部时看到了白色的比目鱼、虾和水母。广义地说，深海被认为始于无光带——阳光无法穿透水的点。生物发光，即许多生物自行发光的能力，在这些深度下存在。在海山周围，这些海山从深处升起，为鱼类和其他海洋生物提供繁殖和觅食地，海洋生物也十分丰富。作为绿洲，热液喷口及其对立面冷泉位于中洋脊的扩张中心。这些区域支撑着独特的生物群落，并在此发现了许多新颖的细菌和其他生命形式。

海洋生物

在生物学领域，许多门、科、属既有海洋物种也有陆地物种。海洋生物学不是使用分类学，而是使用环境来分类生物。因此，海洋生物学领域不仅包括仅在海洋环境中发现的生物，还包括其生命以海洋为中心的生物。

微生物生命

由于微生物生活在地球上最大的环境中，因此它们是每个全球系统的变革者。海洋中几乎所有的光合作用，以及碳、氮、磷等营养物质和微量元素的循环，都是由微生物引起的。

海洋微生物生命的种类繁多，令人惊叹，但人们对其了解甚少。例如，即使在二十一世纪初，人们对病毒在海洋生态系统中的作用知之甚少。

由于浮游植物是地球上数量最多的初级生产者，它在理解这种生物的作用方面发挥着至关重要的作用。浮游植物的几个种类包括各种藻类（红、绿、褐、黄绿）、硅藻、甲藻、眼虫、等谑藻、等鞭金藻、等甲藻、等硅藻和等硅藻。

并非所有浮游动物都微小；它们大多数都比较大。有孔虫、放射虫、甲藻和浮游动物是许多原生动物类型中的一部分。其中一些也是浮游植物，如甲藻；在非常小的生物中，植物和动物之间的界限经常模糊。其他浮游动物包括刺胞动物、栉水母、毛颚类、软体动物、节肢动物、尾索动物和环节动物（如多毛类）。在长到足够大以形成其熟知的形状之前，许多较大的物种再次是浮游动物。鱼类幼体和海星，通常称为海星，是两个例子。

植物和藻类

除了作为重要的生命栖息地外，微小的植物和藻类还可以作为鱼类幼体和无脊椎动物幼体的藏身之处。

在水下，藻类分布广泛且种类繁多。全球范围内的微小光合藻类产生的光合作用比所有陆地森林加起来还要多。陆地上占用的植物空间的大部分实际上是由水中的大型藻类（如海带和马尾藻）占据的，也称为形成海带森林的海藻。

海草，包括龟草（Thalassia）和鳗草（Zostera），是两种生长在浅水区的植物。由于水的盐度很高，这些植物已经进化到能够生存。此外，潮间带区域也是寻找海洋植被的绝佳地点，例如红树林、珊瑚草和海滩草。

无脊椎动物

与陆地一样，大量的海洋生物是由无脊椎动物组成的。属于扁形动物门、纽形动物门、环节动物门、艘形动物门、刺螠门、毛颚动物门和假鳃动物门的环节动物；软体动物，包括贝类、鱿鱼和章鱼；节肢动物，包括螯肢亚门和甲壳亚门；海绵动物；苔藓动物；棘皮动物，包括海星；和尾索动物，包括海鞘或被囊动物，都是无脊椎海洋生物的例子。脊椎动物缺乏骨骼。有超过一百万个物种。

真菌

在海洋栖息地中，已记录有超过 10,000 种真菌。它们可以生活在海沫中，是食腐动物，以藻类、珊瑚、原生动物囊肿、海草、木材和其他基质为食。它们也可以寄生在海洋藻类或动物身上。许多物种的孢子具有独特的附器，帮助它们附着在基质上。海洋真菌产生种类非常广泛的奇特次级代谢产物。

脊椎动物

鱼类

到 2016 年，已描述的鱼类物种比所有其他脊椎动物加起来还要多，包括硬骨鱼和软骨鱼。约 60% 的鱼类物种存在于海水中。

爬行动物

海洋鬣蜥、咸水鳄、海龟、海蛇和水龟等爬行动物生活在海中或偶尔进入海中。除了少数例外，大多数现存的海洋爬行动物都是卵生的，这意味着它们必须返回陆地产卵。因此，除海龟外，大多数物种主要生活在陆地上或陆地附近，而不是生活在海洋中。大多数海蛇，尽管它们已经适应了海洋生活，但它们喜欢靠近陆地的浅海，环绕岛屿，特别是那些有些受保护的岛屿，以及靠近河口的地方。某些已灭绝的海洋爬行动物，如鱼龙，进化成了胎生动物，这意味着它们不需要返回陆地。

鸟类

海鸟是适应生活在海洋环境中的鸟类。例如包括海雀、塘鹅、企鹅和信天翁。尽管它们一生中的大部分时间都生活在海洋中，但像海鸥这样的物种经常在数千公里以外的地方被发现。

哺乳动物

海洋哺乳动物可分为五类：鳍足类，包括海豹和海象；海牛类，包括海牛；鲸目，包括齿鲸和须鲸；海獭；和北极熊。它们都呼吸空气，尽管有些，如抹香鲸，可以长时间潜水，但它们都必须浮出水面呼吸。

子领域

由于海洋生态系统规模庞大，海洋生物学中有许多子领域。大多数涉及研究特定动物物种的专业领域，如鱼类学、藻类学和无脊椎动物学。其他子领域研究海洋生物如何受到不断变化的海洋特性的影响，适应咸水环境，以及持续浸泡在海水和整体海洋中的物理影响。海洋生物学的一个分支研究海洋与海洋生物之间的关系，以及全球变暖和环境问题（如二氧化碳位移）的影响。近期海洋生物技术的主要重点是海洋生物分子，特别是蛋白质，它们可能在工程或医学中找到应用。在海洋栖息地发现的许多独特的生物材料可以为仿生材料提供灵感。

持续海洋监测的发现促使人们发现了海洋生物，这些生物有一天可能被用于开发治疗白血病和癌症等疾病的方法。此外，一种海洋蜗牛被用于制造获批药物 Ziconotate，该药物用于缓解疼痛。

相关领域

生物学的一个领域是海洋生物学。作为海洋科学的一个分支，它与海洋学，特别是生物海洋学密切相关。它也融入了许多生态学概念。海洋生物学可以部分与渔业科学和海洋保护（以及环境研究）领域相关。该领域与大气科学、物理海洋学和海洋化学密切相关。

分布因素

在海洋生物学文献中，确定和绘制不同物种的生命周期和栖息地是一个当前的研究领域。声学标签、弹出式卫星档案标签以及各种其他数据记录器等技术有助于实现这一发现。海洋生物学家研究洋流、潮汐和许多其他海洋现象影响海洋生物生长、分布和总体健康的各种方式。由于 GPS 和更先进的水下视力设备的进步，这在最近才在物理上成为可能。

大多数海洋生物在特定区域繁殖，在其中一些或全部区域筑巢，并在那里度过幼体时期，然后作为成年动物返回那里。许多生物（特别是早期和幼体阶段）的生命阶段的地点，科学家们了解甚少。例如，一些一年生的鲨鱼和年幼的海龟的迁徙路线仍然大部分未知。我们在水下跟踪设备的最新进展正在揭示我们对生活在极端海洋深度的海洋动物的了解。弹出式卫星档案标签提供的信息有助于在特定季节建立海洋保护区和渔业禁渔期。科学家和渔民都发现这些数据非常有价值，因为它表明在小区域限制商业捕捞可以为保护更大范围内的健康鱼类种群做出显著贡献。

根据亚里士多德的说法，一条脐带将狗鱼胚胎连接到一种胎盘或卵黄囊。

亚里士多德（公元前 384-322 年）因其在莱斯博斯岛周围对海洋生物的众多研究而被认为是海洋生物学领域的创始人。这些观察为无数后续发现奠定了基础。塞缪尔·格特利布·格梅林（1744-1774 年）于1768年出版了《海藻志》（Historia Fucorum），这是第一本使用林奈新二名法编写的海洋生物学书籍，也是第一部专门研究海洋藻类的著作。书中描绘了折叠叶片上的海洋藻类和海藻的精美插图。许多人认为英国博物学家爱德华·福布斯（1815-1854 年）是海洋生物学领域的先驱。在整个 19 世纪，海洋生物学和海洋学的研究发展迅速。

HMS 挑战者号在 1872-1876 年的先驱考察

早期海洋生物学研究的观察结果为随后的探索和发现时代提供了动力。在此期间，人们发现了大量关于世界水域中生命的信息。无数次航行为此知识体系做出了重要贡献。

HMS 贝格尔号考察，查尔斯·达尔文在此期间发展了他关于进化和珊瑚礁形成的理论，是最重要的考察之一。HMS 挑战者号进行了一次重要的航行，揭示了动物群中令人惊讶的高物种多样性。这一发现促使种群生态学家推测，如此多样化的生命是如何在一个之前被认为是如此恶劣的环境中得到维持的。尽管这是海洋生物学史上的一个重要时期，但当时缺乏技术阻碍了博物学家对生活在海洋深处区域的动物进行深入研究。

海洋实验室的建立至关重要，因为它使海洋生物学家能够进行调查并处理从野外考察中收集的标本。法国学院于1859年在法国康卡诺建立了世界上最古老的海洋实验室——罗斯科夫海洋生物站。 venerable 伍兹霍尔海洋研究所成立于1930年，而美国斯克里普斯海洋研究所成立于1903年。遥控操作车辆、水肺潜水设备、声纳导航仪和潜水器等技术进步使得海洋科学家能够发现和研究以前未知的深海生物。战后，由于雷切尔·卡森的《海洋三部曲》（1941-1955 年）的出版，公众对此主题的兴趣日益浓厚。