深海区热液口区和极地海区-厦门大学海洋与地球学院
深海热液喷口生态系统及其环境保护解决路径
深海热液喷口生态系统及其环境保护解决路径深海热液喷口生态系统被认为是地球上最不寻常和最神秘的生态系统之一。
这些喷口位于深海底部，由地壳裂缝上升的高温喷口喷发出的热液组成。
这些热液含有丰富的金属元素、无机化合物和微生物，在这种极端的环境下形成了独特的生态系统。
然而，深海热液喷口生态系统面临着许多环境威胁，如海底矿产开采、底拖网捕捞和污染物排放等。
为了保护这一脆弱的生态系统，我们需要采取一系列措施来解决环境问题。
首先，建立保护区是保护深海热液喷口生态系统的重要举措。
通过设立专门的保护区，可以限制开采和捕捞活动，减少人为干扰。
保护区可以提供安全的栖息地，并确保热液喷口生态系统中的物种多样性得到保护。
此外，建立保护区还可以为科学家提供研究这些生态系统的机会，以便更好地了解它们并制定有效的保护措施。
第二，加强监测和科学研究是保护深海热液喷口生态系统的关键。
了解这些生态系统的生态特征、物种组成和生物地球化学循环对于制定保护策略至关重要。
通过使用先进的遥感技术和海洋探测仪器，我们可以实时监测喷口区域的环境变化并收集大量的科学数据。
这些数据可以用于评估环境风险、指导资源管理和制定保护政策。
第三，加强国际合作是解决深海热液喷口生态系统环境问题的必需。
深海热液喷口分布广泛，涉及多个国家的海域。
没有国家单独的努力是不够的，需要全球范围内的合作来共同保护这一重要资源。
国际合作可以通过共享科研数据、制定共同的保护准则和签订国际协议来实现。
此外，国际组织和机构可以提供技术培训和资金支持，帮助发展中国家加强热液喷口生态系统的保护能力。
第四，加强公众意识和教育宣传是解决深海热液喷口生态系统环境问题的重要步骤。
公众的参与和理解是实现长期保护的关键。
应该通过举办宣传活动、展览和教育讲座等方式，提高人们对深海热液喷口生态系统的认识和重要性。
特别是要加强青少年的教育，培养他们对环境保护的意识和责任感，从小树立保护环境的良好习惯。
综上所述，深海热液喷口生态系统是地球上非常特殊和脆弱的生态系统。
深海区热液口区和极地海区
第十一章 深海区、热液口区和极地海区第一节 大洋区大洋区(oceanic zone)指大陆架边缘以外的水体，它与大陆架上方的水体是相连的， 大洋区是海洋的主体。
由于大陆架边缘的深度一般为 200 m，因此也将 200 m 以深的水 体称为深海(deep sea)。
大洋区是地球上最大的生态区，约占地球表面积的 50%。
相对于 近岸浅海区而言，大洋区的环境是相对稳定的。
人类对大洋区(特别是深海区)的了解非 常有限，这是由于大洋区涵盖的水域过于巨大，使得人类对其进行探索的难度不亚于探 索外层空间。
同时，这片未知领域的水深也对研究工作构成了一个重要障碍。
一、主要环境特征 尽管从表面上看，大洋区是一片一望无际的、简单而一致的水平面。
实际上大洋区 并非完全一致，是一个极其复杂的系统，受到各种外界因素的影响，存在不同空间和时 间尺度上的变化。
1．光照 大部分大洋表层的阳光充足，浮游植物可以在那里进行光合作用。
透光层的下方是 大洋最主要的部分，那里没有光线，不能进行光合作用，生物所需的能量主要来自上层 水体中的生源有机碎屑。
2．温度 大洋区在表层水和深层水之间常有温跃层存在，其厚度从几百米至上千米。
在温跃 层的下方，水温低、变化小，大多数深海区的温度在 2℃左右。
1500 m 以深的水温基本 上是恒定的低温（-1~4℃） ，最低温度（-1.9℃）位于南极洲下方。
3．溶解氧 表层溶解氧含量较高，都接近饱和状态，在 500~800 m 之间出现氧最小值的水层， 这主要是由于生物的呼吸消耗和缺少与富氧水交换的机会。
大洋更深的水体是由北极和 南极富氧表层冷水下沉而来的，加上深水区生物数量少，氧的消耗相应减少的缘故，所 以含氧量增高。
2000 m 以下水体中的溶解氧含量相对稳定， 约为 5 mg/L。
到了深海底部， 氧含量又有下降，因为那里生物栖息密度相对地高一些。
4．水压 海水压力随深度的增加而增加（每深 10 m，压力增加 1 个大气压） ，大部分深海区 的压力在 200~600 个大气压范围。
深海热液生物群落研究综述
需要不停地迁徙.
1. 7 呼吸速率高、种群生长快
现场测定 表 明 微生 物 的 新陈 代 谢 的速 率 非常 高 [ 32, 33 ] . 喷口巨型动物的 呼吸速率也很高, 至少可以 和浅水中生物相提并论 [ 34- 36] .
根据对生活在加拉帕戈斯裂谷 海底热液口的一 种蛤 ( C. m agnif ica)和贻贝 (B. therm ophilus)的研究, 显 示它们的生长速率与它们的浅水近缘种 (M ytilus calif orn ianus, G eukensia d em issa) 相当, 但比大西洋深海非 热液口的另一种深海蛤 (T indaria callistiform is)约大 3 个数量级 (图 3) [ 37] . 放射性年代测定结果也表明, 22 cm 的贻贝年龄只在 7年左右 [ 28 ] . 根据这些资料可以 认为热液生物 的生长速率可以与海洋环境中已知的 最高速率相比.
( 1. 浙江大学环境与资源学院, 浙江 杭州 310028; 2. 国家海洋 局第二海洋研究所, 浙江 杭州 310012; 3. 国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室 , 浙江 杭州 310012)
摘要: 深海热液口吸其生物群落自 1977年发现以来, 受到海 洋学界 和生物 界的广 泛关注, 并在 热液生 物生理、生态 和
上海海洋大学海洋生态学 Chapter 011 深海区、热液口区和极地海区
一、主要环境特征
光照
真光层 弱光层
温跃层 最小值层
无光层
恒温层 富氧层
温度
混合层
溶解氧
饱和层
水压
每深10 辐散\辐聚 冷涡\暖涡
二、深海动物对环境的适应机制
对黑暗的适应
许多深海动物通过发光器产生它们自己的光线（如灯笼鱼和星光 鱼等）。
对食物稀少的适应
神经系统
肌节 骨骼 鳔
发达
发达 骨化完全，有鳞 有，发达
不发达
不发达 骨化不全，常无鳞 无，退化
鳃
肾 心脏
鳃丝数多，鳃板数多
较大，肾管数多 大
鳃丝数多，鳃板表面小
较小，肾管数少 小
第二节 深海底
一、深海底地貌和沉积物
深海底是指大陆架以外的海底，包括大陆坡、大陆隆、大洋 中脊、大洋盆地和海沟等地质构造。深海底的地貌远比陆地 的复杂、壮观。 绝大多数深海底覆盖大量细质软泥，构成深海生物的最主要 生境类型。陆地岩石的分解、海洋动物的残骸、海水中的化 学反应、来自大气层的微粒等等，都是海底沉积物的来源。 深海沉积物可分为两种类型。一种是黏土颗粒，主要位于贫 营养水体（如大洋中部的环流区）下方；另一种为生源软泥 （biogenic ooze），位于高生产力的表层水体下方，含超过 30％的生物骸骨，主要有硅质软泥和钙质软泥两类。
第十一章 深海区、热液口区和极地海区
第一节 大洋区
大 洋 区 (oceanic zone) 指 大 陆架边缘以外的水体，它与 大陆架上方的水体是相连的， 大洋区是海洋的主体。由于 大陆架边缘的深度一般为200 m，因此也将200 m以深的水 体称为深海(deep sea)。大 洋区是地球上最大的生态区， 约占地球表面积的50%。相 对于近岸浅海区而言，大洋 区的环境是相对稳定的。
海洋底部的热液喷口研究
海洋底部的热液喷口研究随着科技水平的不断提高，人们对于地球深海的探索也越来越深入。
尤其是对于海洋底部的热液喷口的研究，不仅具有重要科学价值，还能够为我们认识地球的内部结构、了解宇宙中生命的起源提供重要资源。
一、热液喷口的原理热液喷口是海底与地球内部热能交流的重要通道，是一个充满神秘的世界。
在这里，地球深处的高温高压和寒冷深海的气候环境形成了一个独特的生态系统，拥有着众多独特的生态与地质现象。
热液喷口是由地球内部高温熔岩与水交流而产生的，其温度可达1000度以上，释放的能量能够支撑周边生态环境的独特性，同时也是一种重要的地质资源。
二、热液喷口的发现在20世纪70年代末，人们在地球深海发现了第一个热液喷口，如今全球已知热液喷口数量超过700个，其中以东太平洋成为热液喷口发现最密的地区，其次是大西洋和印度洋。
无论在何种地区，热液喷口的环境条件都十分苛刻，通常位于水深千米以内，平均水温也只有2℃左右。
因此，热液喷口的研究多由潜水器完成，对于设备的要求也极高。
三、热液喷口的生态热液喷口的生态范围可以被称作“海底高速公路”，其中包含数百种独特的生物种，主要分布在热液喷口周边的“黑烟囱”附近。
这些生物群落具有多样性和独特性，其中包含了蠕虫、贝类、脊椎动物等众多生物。
最为特别的是，它们生长的过程是依赖于热液和化学能量的转换，不需要光合作用和低温盐水，这对于人类对生命起源的认识有很大的启示价值。
四、热液喷口的岩石资源除了丰富的生态资源，热液喷口所在的周边地区也具有极高的岩石资源价值。
热液喷口周边主要是由硫化物型矿床、氧化铜铅锌矿与锰结核矿三种矿床组成的。
硫化物型矿床是由黄铁矿、菱锌矿等硫化物组成，可用于铅锌合金制造和铬合金制造。
氧化铜铅锌矿是由含液态尘的热液所形成的，具有丰富的硫化物和金属质量。
锰结核矿含高锰酸盐、锰铁品等质量，而锰广泛应用于化学、电工和金属冶炼等领域。
总的来说，热液喷口的研究具有很高的科学探索价值和资源利用价值，不仅能够提供更多关于地球内部结构的信息，也能够帮助我们认识地球历史和生命起源的奥秘。
深海生态系统科普专题（二）穿过水层，走进深海——大海深处的生命绿洲
深海生态系统科普专题（二）穿过水层，走进深海——大海深处的生命绿洲
撰文｜以南
“阿尔文”号
“挑战者”号科学考察船加拉帕格斯附近海域
加拉帕格斯海域附近的海龟深海热液生态系统
周围连续堆积，最终形成像“烟囱”一样的形状。
热液口温度可达350~400℃，并含有大量的硫化氢，对于大多数生物而言，这种气体极具致命性，但却是部分化能自养微生物维持生命所需的能源。
热液生态系统主要受三个因素影响：温度、压力和营养浓度。
在水温60—110℃区域分布着多种细菌；在20—40℃区域，生活着大量的蠕虫动物；在2—15℃区域，生物种类繁多，包括蛤类和虾类。
生微生物有时能占到蠕虫营养体
25%以上的体积。
这种共生模式在热液口十分
常见，与周围的海底相比，热液
喷口区的生物密度要高出1万到
10万倍，詹姆斯·卡梅隆在他的
纪录片《深海异类》中说：“这
种聚会在下面的黑暗中已进行了
几十亿年，与我们毫无关系，即
使太阳明天消失，它们也不在
意。
”
2011年2月17日，“大洋一
号”首次正式使用我国自主研发
深海冷泉生态系统
冷泉是指来自沉积界面以
下，成分以水、碳氢化合物（甲
烷为主）、硫化氢和细粒沉积
物为主的低温流体（通常只有
几℃），以渗漏、喷涌或扩散的
方式向海底面运移，并在甲烷渗
漏区滋养了大量化能自养生物群
落的一种海底环境。
早在1979
年，美国科学家就发现了生长有
重晶石和管虫的海底流体渗漏区
域，称为“低温热液”；1983
年，美国科学家在墨西哥湾东边
海山三维模型
冷水珊瑚。
海洋生态学习题
海洋生态学习题第一章生态系统及其功能概论1. 生态系统概念所强调的核心思想是什么？2. 生态系统有哪些基本组分，它们各自执行什么功能？3. 生态系统的能量是怎样流动的，能流过程有哪些特点？4. 生态系统的物质是怎样循环的，有哪些特点？5. 生态系统是怎样实现自校稳态的？6. 能进行光合作用的生物出现后对促进生物进化、增加地球上的生物多样性有何重大意义？7. 何谓生态系统服务？生态系统服务有哪些基本特征？8. 生态系统服务的理论对处理人类与自然关系的实践有何指导意义？第二章海洋环境与海洋生物生态类群1．为什么说海洋是地球上最大的生态单位？联系海洋主要分区说明海洋在纬度、深度和从近岸到大洋等三大环境梯度特征。
2. 海水的溶解性、透光性、流动性及pH缓冲性能对海洋生物有何重要意义？3. 简要说明大陆边缘沉积与深海沉积类型的差别。
4. 海洋浮游生物的共同特点是什么？5. 按个体大小可将浮游生物划分为哪些类别？这样划分的类别有何重要生态学意义？6. 海洋游泳动物包括哪些主要门类？说明鱼类生活周期中的洄游行为及其意义。
7. 生活于大洋中层和深层的鱼类在身体结构上有什么特征？8. 结合底栖生物的生活方式谈谈海洋底栖生物种类繁多的原因。
第三章海洋主要生态因子及其对生物的作用1. 什么叫环境和生态因子？2. 何谓限制因子？说明利比希最小因子定律和谢尔福德耐受性定律的主要内容。
3. 如何用辨证统一的观点来理解生物与环境的关系？4. 简述光在海洋中的分布规律及其主要生态作用。
5.为什么说浮游植物辅助色素对利用太阳光有重要作用？6. 简述海水温度的水平和垂直分布规律及其主要生态作用。
7. 简述大洋表层环流模式及海流的生态作用。
8. 说明海洋中盐度分布及其生态作用。
9．说明海水中O2、CO2的来源与消耗途径。
为什么说pH值可作为反映海洋生物栖息环境化学特征的综合指标？第四章生态系统中的生物种群与动态1. 什么是种群？种群有哪些与个体特征不同的群体特征？2. 什么叫阿利氏规律？种群的集群现象有何生态学意义？3. 动态生命表与静态生命表有什么不同？为什么说应用生命表可以分析种群动态及其影响因素？4. 种群逻辑斯谛增长模型的假设条件是什么？为什么说该模型描述了种群密度与增长率之间存在的负反馈机制？5. r-选择者和K-选择者的生活史类型有哪些差别？举例说明种群生活史类型的多样化。
深海热液喷口微生物群落代谢途径的系统生物学分析与新型生物活性物质的挖掘
深海热液喷口微生物群落代谢途径的系统生物学分析与新型生物活性物质的挖掘摘要深海热液喷口是地球上最极端的生态系统之一，以其高压、高温、无光、富含硫化物和重金属等恶劣环境著称。
然而，热液喷口却孕育着独特的生命形式，其中微生物群落扮演着重要的角色。
这些微生物通过复杂的代谢网络适应了极端环境，并形成了独特的生态系统。
本文将运用系统生物学方法，对深海热液喷口微生物群落代谢途径进行分析，并探索新型生物活性物质的挖掘潜力。
关键词：深海热液喷口，微生物群落，代谢途径，系统生物学，生物活性物质1. 引言深海热液喷口是海底火山活动或地热活动产生的热液喷发口，通常位于洋中脊、火山弧或大陆边缘。
热液喷口释放出高温、富含硫化物和金属的流体，为周围水体提供能量和营养物质，并形成独特的生态系统。
深海热液喷口微生物群落是这些生态系统的重要组成部分，它们在碳、氮、硫等元素循环中发挥着重要作用。
1.1 深海热液喷口生态系统的特点深海热液喷口生态系统具有以下特点：*极端环境：高压、高温、无光、富含硫化物和重金属。
*化学自养：微生物利用无机化合物作为能量来源，进行化学自养。
*多样性：拥有多种类型的微生物，包括细菌、古菌和真菌。
*相互作用：微生物之间存在复杂的相互作用，形成共生关系。
1.2 深海热液喷口微生物群落的重要性深海热液喷口微生物群落对整个海洋生态系统具有重要意义：*元素循环：参与碳、氮、硫等元素的生物地球化学循环。
*能量流动：通过化学自养作用将无机能量转化为生物能量。
*生物多样性：丰富了海洋生物多样性，为其他生物提供食物来源。
*药物资源：微生物产生多种生物活性物质，具有潜在的药物开发价值。
2. 系统生物学分析方法系统生物学是研究生物系统整体行为的学科，它利用数学模型、计算机模拟和实验数据，对生物系统进行全面的分析。
在深海热液喷口微生物群落研究中，系统生物学方法可以帮助我们：*构建代谢网络：识别微生物群落中所有参与代谢的基因、蛋白质和反应。
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类别 软体动物 无板亚纲类
腹足类 双壳类 棘皮动物 海百合 海参类
海星 海蛇尾类 须腕动物
鱼类
海沟种类数目 / 3 16 39 / 11 28 14 6 26 4
土 著% / 0 87 85 / 91 68 57 67 85 75
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四、深海底的食物供应
死亡动植物残体 下沉
生长速率极其缓慢，只有热带珊瑚的十分之一
海绵礁
具有三维硅骨架的玻璃海绵 主要出现在寒冷的北太平洋水域
500~3000 m海底 每年2~7 cm的速度生长，寿命很长
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三、深海底的物种多样性
深海底的物种多样性高，大量新种被发现。 土著种的比例很高。 超过6,000 m的超深渊也有很多种类，即使在10,000 m
第二节 深海底
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一、深海底地貌和沉积物
深海底是指大陆架以外的海底，包括大陆坡、大陆隆、大洋 中脊、大洋盆地和海沟等地质构造。深海底的地貌远比陆地 的复杂、壮观。
绝大多数深海底覆盖大量细质软泥，构成深海生物的最主要 生境类型。陆地岩石的分解、海洋动物的残骸、海水中的化 学反应、来自大气层的微粒等等，都是海底沉积物的来源。
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五、深海底栖动物的生物量和生产力
深海底栖动物的生物量明显随深度而下降。 单位面积生物量很低，通常小于0.5 g/m2（湿重），还
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第十一章 深海区、热液口区和极地海区
第一节 大洋区
大 洋 区 (oceanic zone) 指 大 陆架边缘以外的水体，它与 大陆架上方的水体是相连的， 大洋区是海洋的主体。由于 大陆架边缘的深度一般为200 m，因此也将200 m以深的水 体称为深海(deep sea)。大 洋区是地球上最大的生态区， 约 占 地 球 表 面 积 的 50% 。 相 对于近岸浅海区而言，大洋 区的环境是相对稳定的。
对食物稀少的适应
广食性，很大的口、尖锐的牙齿和可高度伸展的颌骨，背鳍上有 发光器官。
对种群稀少的适应
“补雄”
对高压的适应
多数深海动物缺少钙质骨骼，多数鱼类没有鳔。
对柔软底质的适应
长的附肢，丰富的刺、柄和其它的支持方式。
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三、大洋区的生物组成
生产者以“微微型浮游植物”占优势 ，生产力低于近海。 浮游动物基本上是“终生浮游生物”。 大洋上层的动物最为丰富，经济价值比较大的有乌贼、
金枪鱼、鲸等。 大洋水层食物链长，营养物质基本上在透光层矿化和再
循环。 深海也有许多种类，包括多个门类
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大洋中上层鱼类与底层鱼类的身体结构比较(Marshall 1980)
特征 体色
大洋中上层鱼类 体侧银白
大洋底层鱼类 黑
发光器
多而发达
小或退化成为单一诱饵型
上下颌
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一、主要环境特征
光照
真光层 弱光层 无光层
温度
混合层 温跃层 恒温层
溶解氧
饱和层 最小值层 富氧层
水压
每深10 m，压力增加 1个大气压
海流
大洋环流 辐散\辐聚 冷涡\暖涡
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二、深海动物对环境的适应机制
对黑暗的适应
许多深海动物通过发光器产生它们自己的光线（如灯笼鱼和星光 鱼等）。
树叶、海草 和大型海藻
沉积物 向下输送
浮游生物
粪粒 倾弃的渔获物
马尾藻
浮游动物和 鱼类的垂直
迁移
甲壳类蜕皮
大型鱼类 和哺乳类
粪粒和甲壳类的 蜕皮
动物的垂直迁移 导致有机物质加 快向下转移
深海沉积物间隙 水中高含量DOM
图 11.3 深海生物的潜在食物源(引自 Lalli & Parsons 1997)
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6000m之下海沟地区土著种的百分比(引自Barnes & Hughes 1982)
类别 有孔虫 海绵动物 腔肠动物 多毛类 螠虫类 星虫动物 甲壳动物
藤壶 涟虫类 原足类 等足类 端足类
海沟种类数目 128 26 17 42 8 4 / 3 9 19 68 18
土 著% 43 88 76 52 62 0 / 33 100 79 74 83
大型动物：多毛类、双壳类、端足类、等足类、涟虫类 小型动物：线虫类、桡足类、有孔虫类 固着生物：在软质底中十分少见。海扇（柳珊瑚）和海鳃 棘皮动物：蛇尾类和海参类广泛存在 虾蟹类：少，体色鲜红
海底山的生物
食悬浮物的物种如柳珊瑚、海百合、水螅、海蛇尾和海绵的密 集分布。
常常吸引许多大型捕食动物，例如鲨鱼、金枪鱼、海龟和海洋 哺乳动物来此聚集觅食。
的深处，也发现有海葵、海参、多毛类、双壳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ等底栖 动物。
解释：
1、环境长期稳定导致小生境的分化，每个种有狭窄生态位； 2、捕食性动物不加区别地捕捉被食动物，避免了产生竞争排斥。 3、有的学者认为深海物种多样性水平高是与水温低而导致生物代谢
和生长率低，达到性成熟所经历的时间也长，减少了竞争优势种 的出现机会。
较短
较长
眼
较大
较小或退化
嗅觉器官
雌雄均较发达
雄性发达，雌性退化（钻光鱼及鮟鱇鱼）
神经系统 肌节 骨骼 鳔 鳃 肾 心脏
发达 发达 骨化完全，有鳞 有，发达 鳃丝数多，鳃板数多 较大，肾管数多
大
不发达 不发达 骨化不全，常无鳞 无，退化 鳃丝数多，鳃板表面小 较小，肾管数少
小
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深海沉积物可分为两种类型。一种是黏土颗粒，主要位于贫 营养水体（如大洋中部的环流区）下方；另一种为生源软泥 （biogenic ooze），位于高生产力的表层水体下方，含超过 30％的生物骸骨，主要有硅质软泥和钙质软泥两类。
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二、深海底的生物
深海软质底的主要生物类群
海底山是新物种进化的热点区，也是古老物种的庇护所。
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二、深海底的生物（cont.）
冷水珊瑚礁
分布在200~1000 m、温度介于4~13℃的黑暗深海中，故又称 深水珊瑚
组织中没有依赖于光线的共生藻类，珊瑚虫以洋流带来的颗粒 状有机物质、浮游动物和小的鱼虾作为食物