(作者:中国科学院海洋研究所 李新正 王少青 )
一、前言
表面一片空旷,甚至略显荒芜的海洋,其实是个熙熙攘攘、五彩斑斓的生命世界。从海洋中出现最原始的生命开始,到现在已有40多亿年的历史了。从最初的单细胞生物(如盐生小球藻)到地球上现存的最庞大动物(如蓝鲸),几十亿年的生命演化过程中创造出了丰富多彩的海洋生物世界。由于探测难度相对较大,我们对其的了解仅仅是冰山一角。
下海比登天难
神舟系列飞船已将国人的视野拓展到了万里之外的太空世界。从太空中看,71%的表面被海洋覆盖的地球如一颗璀璨的蓝宝石,在浩瀚、荒凉的太空世界显得十分美丽。但是,人类对海洋探测的深度与太空探测的高度相比却很不对称,迄今为止,人类潜水在借助氧气瓶的情况下也很难达到一百米水深,即使潜水艇也仅可以到达几百米的深处,而无人水下探测器最多也只能到达万米水深。因此可以说,下海比登天还难!
为什么下海这样难呢?主要是因为海水有巨大的压力。每下潜10米,海水压力就会增加1个大气压。人类适应的是陆地上大约1个大气压的压力,而潜水到50米水深的潜水员要承受6个大气压的压力!一旦操作不当将有生命危险。潜水艇在200米深时要承受20多个大气压的压力,不难想象,对于其制造材料的要求将是非常高的。而在10000米深的海底,水的压力是水面上的1000倍!人类靠目前的科技水平还无法到达,只能借助仪器探测那里的世界。
另外,人类一旦到水下就无法自然呼吸,必须借助仪器供应氧维持呼吸;海水对光的阻滞作用比空气高数倍,10米水深处只能看到几米远的地方;水环境复杂,不但有湍急的暗流、危险的暗礁,还有各种各样有毒或凶猛的生物,对人类的水下活动都形成很大威胁。这些因素都使得我们时至今日都难得对身边的海洋世界有较为全面的了解。
二、海洋生物远比陆地生物丰富
地球上生物的系统关系示意图(仿格拉斯霍夫,1992)
根据生物分类系统,地球上的生物被划分为6界,即:病毒界、原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。6界在海洋中均有分布。动物界是迄今发现种类最多的生物界,共分为33个门。其中,全部种类生活在海洋中的门有15个,既有种类生活在海洋中、又有种类分布在陆地上的门有17个,只有1个门仅在陆地上发现。而既有海洋种类、又有陆地种类的17个门中,又有5个门其95%以上的物种生活在海洋中。
因此,从门类上说,海洋生物比陆地生物更加丰富多彩!其门类远多于陆地,其生物多样性远高于陆地。
况且,由于人类下海难,对海洋生物的考察、采集的深度、广度远远落后于陆地,海洋生物还有大量种类没有被人类所认识和发现。上世纪80年代以来在海底热泉口发现,该环境中存在着其能量来源和流动方式与我们熟悉的生物有很大不同的特殊生物群落,说明了海底世界还有人类没有发现的特殊生物生活环境。人们对海洋生物的考察和认识才刚刚开始。
海洋生态系和陆地生态系中的动物界门类比较
海洋特有 |
扁盘动物门、栉水母动物门、中生动物门、颚咽动物门、动吻动物门、兜甲动物门、帚虫动物门、腕足动物门、曳鳃动物门、星虫动物门、螠虫动物门、须腕动物门、棘皮动物门、毛颚动物门、半索动物门 |
共15门 |
海洋、陆地兼有 |
海绵动物门*、腔肠动物门*、扁形动物门、纽形动物门*、腹毛动物门、轮虫动物门、棘头动物门、内肛动物门*、线虫动物门、线形动物门、环节动物门、软体动物门、缓步动物门、五气门动物门、节肢动物门、苔藓动物门*、脊索动物门 |
共17门, 带*者系95%以上的物种为海洋特有 |
陆地特有 |
有爪动物门 |
1门 |
三、主要的海洋生物门类
海洋生物的分类除了按界、门、纲、目、科、属、种的生物分类系统进行分类外,在海洋生态学上还可按照生物不同的生态环境、生态习性、生活方式分为浮游生物、游泳生物和底栖生物等类群。按照分类系统中由简单到复杂、由低等到高等的路线,常见的或与人类关系十分密切的海洋生物门类大致如下:
1. 原生生物界
1) 硅藻门,常见种类如硅藻、圆筛藻、角毛藻等等。硅藻是海洋浮游生物的重要成分,在海洋生态系统初级生产力中占有重要地位。
2) 甲藻门,常见种类如裸甲藻、多甲藻、夜光藻、角藻等等。甲藻也是重要的海洋浮游生物,有些种类在大发生时将形成赤潮,对海洋生态系统造成很大破坏。
3) 肉足鞭毛虫门,本门动物与纤毛虫门在以前称为原生动物门,常见种类如各种有孔虫、放射虫、夜光虫等。
原生动物是海洋浮游动物的主要类群之一,虽然个体很小,但数量非常大,素有“海洋中的小巨人”之称,是海洋食物链的重要环节。另外,由于原生动物在地球上的生存年代久远,其种类、分布、化石还是研究地质演化、寻找石油矿藏等重要指示生物。世界已知的原生动物约65,000种。
2. 植物界
常见的海洋植物主要是大型藻类和红树。大型藻类包括红藻门、褐藻门、绿藻门。大型藻类不但是海洋初级生产力的重要组成部分,而且一些种类可以食用,或者提取活性物质用于生物制药,或者做工业原料,或者兼而用之。例如石花菜除了可食用,还是琼脂的原料。很多大型藻类已可人工养殖。
海洋中的高等植物种类远少于陆地。常见的高等海洋植物有各种红树、海草等。红树形成的红树林对于维护海岸环境、防止海水入侵有重要作用。
1) 红藻门,常见种类如紫菜、石花菜、龙须菜、麒麟菜、红毛菜、珊瑚藻、海膜、江蓠、红皮藻、凹顶藻等等。
2) 褐藻门,常见种类如马尾藻、海带、裙带菜、鹿角菜等。
3) 绿藻门,常见种类如浒苔、石莼、刚毛藻等。
4) 被子植物门,常见种类如红树、秋茄、海桑、水芫花、玉蕊、木榄、海莲、角果木、海恾果等红树植物以及大米草、互花米草等各种海草。世界已知的红树植物约80多种,海草约50种。
值得注意的是,一些种类的海草在从其它国家引进用于防护堤岸时,由于在被引进地区没有天敌等生态控制机制而爆发性繁殖生长,对当地海岸的原有植被造成极大破坏,有的种类甚至从海岸侵入内陆几十公里,侵入农田,给当地造成很大经济损失。因此,对海洋种类的引进要慎重。另外,海洋气候、环境的变化会使一些海藻大发生而形成灾害,如2008年春夏季在我国黄海的大面积浒苔灾害即是一种浒苔大量快速繁殖造成的。
3. 动物界
1) 海绵动物门,又称多孔动物门。其种类绝大部分为海洋种类。海绵在生物演化上是一个侧支,其体内含有许多与人类健康十分密切的活性物质。近年来,提取海绵中的活性物质用于生物制药十分热门。世界已知的海绵动物约5,000种。
2) 腔肠动物门,又称刺胞动物门。其种类绝大部分为海洋种类,常见的如各种石珊瑚、柳珊瑚、红珊瑚、海葵、水母、海蛰、水螅、石花虫、海仙人掌、沙箸、海鳃等。石珊瑚硬质外壳是构成珊瑚礁的主要成分,而珊瑚礁是全球海洋生物多样性最高的海洋生态环境。
著名的澳大利亚大堡礁至东南亚的印度尼西亚群岛、马来半岛、菲律宾群岛及其周围海域是世界著名的海洋生物基因库大三角海域。我国南海的南沙群岛珊瑚礁处在这个大三角海域的边缘。这里珊瑚礁群星罗棋布,环境丰富多样,海洋生物种类异常繁多,是世界上海洋生物种类最多、生物多样性最高的海域。
近年来,由于人类活动的加剧和全球气候变化,世界上的珊瑚虫在大量死亡,活珊瑚面积在逐年减少,珊瑚礁在急剧退化,从而引起世界海洋生物种类的大量灭绝、渔业资源的大量损失、生态环境的逐步恶化。这已引起科学家和各国政府的密切关注,许多国际组织和政府已实施多项计划保护和挽救全球珊瑚礁和珊瑚礁生物。
3) 扁形动物门。海洋中的常见种类除了各种涡虫外,种类最多的是吸虫纲的种类。吸虫纲的种类营寄生生活,主要是各种鱼类的寄生虫。世界已知的扁形动物约1,500种,包括淡水种。
4) 线虫动物门。包括各种线虫。线虫除了一些种类是各种鱼类的寄生虫外,自由生活的线虫是小型海洋底栖动物的主要组成成分,其栖息密度和生物量常常很大,在海洋底栖生物生态系统中的物质和能量转换中起重要作用。世界已知的线虫动物约12,000种。
5) 环节动物门。海洋中的环节动物主要是多毛纲的种类。环节动物门分为多毛纲、寡毛纲和蛭纲,前两者种类多。多毛纲种类生活在海洋中,常见种类如沙蚕、小头虫、龙介虫、多麟虫、海女虫、海稚虫、异毛虫、海蛹、仙女虫等。多毛纲环节动物是大型海洋底栖动物的主要组成部分之一,其种类的栖息密度和生物量常常占大型底栖动物的主要部分。世界已知的多毛纲环节动物约10,000种。寡毛纲动物包括各类蚯蚓,其种类大部分生活在陆地,是土壤动物的主要成分,也有一些种类生活在海洋中,如颤蚓。
6) 星虫动物门和螠虫动物门。两者种类均全部生活在海洋中,以前被归在环节动物门中,种类较少,如各种星虫、螠虫。有的种类可以食用。世界已知的星虫动物约300种,螠虫动物约100种。
7) 软体动物门。其种类常被称为贝类,海洋中的常见种类如牡蛎、鲍鱼、珍珠贝、扇贝、蛤蜊、砗磲、海红(贻贝)、石鳖、鹦鹉螺、宝贝、唐冠螺、乌贼、鱿鱼、章鱼、船蛆、蛏子、芋螺、毛蚶、红螺、海菊蛤、日月贝、虾夷贝、角贝、马蹄螺、笠贝、蟹守螺、玉螺、凤螺、梭螺、骨螺、延管螺、荔枝螺、织纹螺、笔螺、塔螺、竖琴螺、壳蛞蝓、海牛、海兔、海天牛,等等。软体动物门是动物界的第二大门,种类非常多,其种类大部分生活在海洋中。
软体动物门具有重要的经济价值,不但有许多种类是十分重要的水产品,其中一些种已实现了大规模工厂化养殖,成为我国蓝色农业的主要养殖对象,而且有许多种类的贝壳是十分重要的观赏品,珍珠更是人们喜爱的饰品。
软体动物门的种类具有重要的生态学价值,在海洋生态系统中成为不可或缺的类群。其头足纲的乌贼、枪乌贼、鱿鱼、章鱼等种类是海洋游泳动物的重要类群,很多种类是渔业捕捞对象,具有很高的经济价值。腹足纲、双壳纲的种类则是最重要的大型海洋底栖动物组成成分之一,在底栖生物生态系中具有重要作用。
8) 节肢动物门。本门是动物界最大的门,其已发现种占世界已知物种总数的一半以上。陆地上的节肢动物主要是六足动物亚门,包括各种昆虫,而海洋中的节肢动物主要是甲壳动物亚门,常见种类如对虾、龙虾、螯虾、磷虾、管鞭虾、赤虾、鹰爪虾、猬虾、鼓虾、长臂虾、沼虾、米虾、蝼蛄虾、美人虾、蝉虾、糠虾、钩虾、铠甲虾、绒螯蟹(大闸蟹)、梭子蟹、蜘蛛蟹、馒头蟹、关公蟹、瓷蟹、招潮蟹、寄居蟹、虾蛄、藤壶、茗荷儿、蟹奴、水虱、鱼虱、鳃虱、西瓜虫、丰年虫、溞、海莹、哲水蚤、剑水蚤、猛水蚤、涟虫、蜾蠃蜚、麦秆虫,等等。
甲壳动物不但具有重要的食用价值,而且也是最重要的大型海洋底栖动物类群之一,在底栖生物生态系中具有重要作用。甲壳动物是种类最多的海洋无脊椎动物类群,素有“海洋中的昆虫”之称,世界已知的甲壳动物约40,000种。由于海洋中还有许多海域、环境人类尚未进行考察,加之很多种类个体很小,采集困难,因此海洋中还有大量的甲壳动物种类尚未被人类发现和认识。
除甲壳动物亚门外,其它海洋节肢动物如肢口纲,常见种类如鲎;海蜘蛛纲,包括各种海蜘蛛、海螨;昆虫纲,也有一些种类是纯粹海洋种类,如海黾。
9) 苔藓动物门。本门动物绝大部分种类为海洋种类,常见种类如各类苔虫。苔藓动物大多为固着生活,因此是重要的污损生物类群之一,常会对轮船以及海堤、海上钻井平台等海上设施造成污损破坏。一些种类是成礁生物,其硬质外壳对于珊瑚礁的形成有一定功劳。世界已知的现代苔藓动物约5,000种(不包括化石种)。
10) 腕足动物门。本门动物种类不多,全部海生,如海豆芽、酸浆贝等。海豆芽常在海岸泥滩上见到。世界已知的腕足动物约300种。
11) 毛颚动物门。全部为海洋种类,如各种箭虫。箭虫是重要的海洋浮游动物类群。
12) 棘皮动物门。本门动物全部海生,如海星、海胆、海参、海蛇尾、海百合等。棘皮动物是重要的海洋大型底栖动物,如海蛇尾常在某个海域的大型底栖动物中占主导地位。一些海参是重要的食用种类,个别种类已可人工养殖,一些海星、海胆种类也是美味。近年来,由于近岸人工养殖品种的单一,给生态平衡造成不良影响,使一些海星种类大发生,侵入海参、贝类养殖区取食养殖品种,给养殖业造成很大损失。珊瑚礁上的多棘海星大发生时会大量取食珊瑚虫,使珊瑚大面积白化死亡,给珊瑚礁造成极大破坏。世界已知的现代棘皮动物约6,000种(不包括化石种)。
13) 半索动物门、尾索动物门和脊索动物门头索动物亚门。三类动物的种类均很少,但由于在系统发育上均有了类似脊索的构造,在系统演化上处于无脊椎动物与脊椎动物的过渡阶段,因此是研究系统演化的良好材料。
半索动物如柱头虫、长吻虫、舌形虫等,其中黄岛长吻虫、多鳃孔舌形虫是国家一类保护动物。
尾索动物如海鞘、海樽等,一些种类是重要的污损生物,对海上设施、贝类养殖有一定影响。世界已知的尾索动物约1,000种。
头索动物如文昌鱼,是原始的脊索动物,属于国家二类保护动物。
14) 脊索动物门脊椎动物亚门。海洋脊椎动物是最常见、与人类关系最密切的海洋动物类群,包括海洋鱼类、海洋爬行类、海洋鸟类和海洋兽类等。
海洋鱼类如真鲨、鲸鲨、姥鲨、双髻鲨、锯鳐、团扇鳐、电鳐、魟鱼、蝠鲼、金枪鱼、真鲷、带鱼、牙鲆、鲳鱼、海龙、海马、鳗鲡、海鳝、裸胸鳝、中华鲟、虾虎鱼、沙丁鱼、鳕鱼、鼬鳚、鲅鱼、鲐鱼、鲈鱼、石斑鱼、军曹鱼、鲱鲤、蓑鲉、东方鲀、鮟鱇,等等。海洋鱼类是最重要的海洋水产品,海洋鱼类的捕捞和养殖业是海洋支柱产业。鱼类还是最重要的海洋游泳动物,在海洋生态系统中占据重要地位。世界已知的海洋鱼类约14,000多种。
海洋爬行类包括各种海蛇、海龟。所有的海蛇均为剧毒蛇。
海洋鸟类如信天翁、海燕、海鸥、军舰鸟、企鹅、燕鸥,等等。企鹅是南极的特有鸟类,常在南极大量聚集形成特有景观。
海洋兽类即海洋哺乳类,如鲸鱼、海豚、海豹、海象、海狗、海狮、儒艮等。我国的大部分海洋兽类为国家保护动物。我国已知海洋兽类39种,世界已知136种。
四、中国各大海区已记录海洋生物主要门类种数
海 区 |
渤海 |
黄海 |
东海 |
南海 |
|
原核生物 |
38 |
96 |
93 |
136 |
|
原生生物 |
674 |
995 |
3147 |
3183 |
|
真菌 |
57 |
28 |
13 |
106 |
|
植物 |
208 |
204 |
645 |
799 |
|
动物 |
1054 |
2046 |
7034 |
9086 |
|
其中动物主要类群 |
腔肠动物 |
57 |
114 |
383 |
847 |
多毛纲 |
87 |
358 |
416 |
697 |
|
软体动物 |
218 |
412 |
1574 |
1838 |
|
甲壳动物 |
192 |
447 |
1463 |
2221 |
|
棘皮动物 |
21 |
48 |
100 |
395 |
|
鱼类 |
127 |
243 |
2194 |
2028 |
|
合计 |
2031 |
3369 |
10932 |
13310 |
五、海洋动物的演化之路
动物的身体结构由简单到复杂的发展演化是十分复杂多样的,至今人类也无法完全研究和表达清楚。但可从下列几个方面表示动物的演化路线。
1. 细胞数量:
单细胞动物(原生动物) → 多细胞动物(海绵、腔肠动物及之后的动物)。
2. 身体对称方式:
不对称 → 辐射对称(海绵动物、腔肠动物) → 两侧对称(扁形动物及其之后的动物,棘皮动物等又二次发展出辐射对称)。
3. 胚层:
无胚层(原生动物) → 两胚层(海绵动物、腔肠动物) → 三胚层(扁形动物及其之后的动物)。
4. 体腔:
无体腔(原生动物、海绵动物、腔肠动物、扁形动物) → 原体腔(线形动物) → 真体腔(环节动物及其之后的动物)。
5. 体节:
身体不分节(原生动物、海绵动物、腔肠动物、扁形动物) → 身体同律分节(环节动物) → 异律分节(节肢动物、脊索动物等,软体动物等由分节的祖先又演化为不分节)。
6. 开口方式:
无口(原生动物) → 原口(动物在成体时的口是胚胎发育时囊胚期的口。原口动物动物有线形动物、纽形动物、软体动物、星虫、螠虫、甲壳动物等) → 后口(动物在成体时的口是胚胎发育后期发育形成的,不是囊胚期的口。后口动物有毛鄂动物、棘皮动物、半索动物、尾索动物、头索动物、脊椎动物)。
7. 脊索:
无脊索 → 有脊索(尾索动物、头索动物) → 有脊椎(脊椎动物)。
8. 神经系统:
无神经系统(原生动物、海绵动物) → 散漫神经系统(腔肠动物) → 腹神经索(扁形动物等) → 背神经索(脊索动物)。
六、海洋生物与陆地生物身体构造的区别
1. 呼吸方式
海洋生物适于呼吸海水中的溶解氧,因此,动物的呼吸器官多为鳃,甚至用皮肤或者细胞膜呼吸。如原生动物是单细胞生物,直接利用细胞膜完成气体交换;海绵和腔肠动物等虽然是多细胞动物,但没有专门的呼吸器官,其气体交换靠海水进入体内的水道、空隙后由体细胞直接进行气体交换;环节动物、软体动物、甲壳动物、鱼类等则有专门的呼吸器官--鳃进行呼吸,不同类动物的鳃的结构、组织、呼吸方式也是很不相同的。海洋哺乳动物由于其祖先是在陆地上生活的,因此用肺呼吸,它们隔一段时间就必须浮出水面呼吸,否则将窒息。而陆地生物可直接呼吸空气中的氧,因此其呼吸器官与海洋生物不同。如昆虫,其呼吸器官是气管,蜘蛛还有书肺,而高等动物则用肺呼吸。
2. 身体支撑方式
由于海水有很大的浮力,因此海洋生物主要靠海水的浮力支撑身体重量。这与陆地生物大不相同。如有同样光合作用面积的巨型海藻与陆地上的巨杉比较,前者的长度远远大于后者的高度,而其重量却只有后者的数千分之一,因前者无需有坚固的支撑体系,靠海水的浮力即可将身体扩展开并浮在海面上进行光合作用,而后者必须有巨大的主干和庞大的树冠才能将身体支撑扩展起来;体重达数顿的鲸鱼,无需四肢即可在海水中自如行动,其庞大的身体完全靠海水浮起来,而体重比鲸鱼小的多的陆地上最大的动物大象,却要有坚强有力的四肢才能将身体支撑起来进行各种活动,其运动速度也远远比不上鲸鱼。
3. 感官
海洋动物与陆地动物的感官很不相同。由于海水对光和声的阻滞作用远远高于空气,因此海洋动物的视觉和听觉器官普遍不发达,而味觉和嗅觉器官却非常发达。如鲨鱼,在海水中只能看到几米远的地方,却可以嗅到数公里以外海水中的血腥味。
七、知识点
深海中又暗又冷,完全没有阳光。以前人们认为,栖息在深海生物一定很少。由于科学技术的进步,人们发现,不但几千米的深海中有动物栖息,甚至在10000米的深海底,也有动物存在。
深海有着特殊的环境,深海的动物为了适应深海黑暗、压力大等特点逐渐演化出了独特的物种,它们与陆地以及浅海的动物截然不同。深海中的动物有的大眼、凸眼或眯眼,有的会发光。在更深的海底则栖息着没有眼睛的动物。深海动物中有体软、骨弱、嘴大的,也有胃部可伸缩自如的,这些都是深海动物的独特之处。
海洋中有很多会发光的动物。它们有的栖息在深海,有的栖息在浅海。例如,栖息在深海的丰年狗母鱼以及浅海的金眼稠鱼都会发光,会发出光线来引诱小鱼,并利用光线来捕食。
海洋中栖息着令人惊叹的巨大动物,其中最为人们所熟悉的动物就是鲸,除了鲸以外,还有大王乌贼、水章鱼和高脚蟹等巨大的海洋动物。鲸是生存在海洋中的体形最大的动物,其中蓝鲸体长达33米、重达160多吨,是地球上最庞大的动物。它们以乳汁哺育后代,用肺呼吸,并长期生活在水中。鲸类的许多习性仍然保持着陆上哺乳动物的某些基本特征,如它不用鳃呼吸,而是用肺呼吸,幼鲸胎生并靠母乳长大等。
鲸鲨是地球上体形最大鱼类,重达40吨。它主要分布在全世界南北纬30度之间、水温在20*C以上的温暖水城。
大王乌贼是软体动物中最高等的种类,它们的眼睛酷似人类的眼睛。大王乌贼有10条手臂,长度达18米。人们经常将它们和大章鱼混为一谈,其实章鱼只有在受到威胁时才会攻击人类,而大王乌贼却是一种食肉猛兽。
高脚蟹是节肢动物中形体最大的一种,头胸甲呈短葫芦形,表面有深凹,螯足长,属日本深海特有。高脚蟹喜欢栖息在水深50—200米的礁石底或泥沙底的水下。
总之,海洋是一个与陆地很不相同的博大世界,而其中的海洋生物繁复庞杂,充满了神秘和未知。本文虽然从几个方面简单介绍了海洋生物,但限于作者的知识水平,只能算作为读者打开了海洋生物世界的一道门缝儿,希望读者有兴趣进入海洋生物的世界去关注、研究更多的科学知识,为保护和合理开发、利用海洋生物做出大的贡献。值得指出的是,随着陆地资源的开发已近极限,人类的海洋开发活动日益加剧,不科学的开发和污染正严重威胁着海洋环境和生活其中的海洋生物,不但造成严重的海洋经济损失,更有大量海洋物种在被人类认识之前即遭灭绝、海洋区域消失,从而造成海洋生态失衡。保护海洋生物、保护海洋环境已不仅是一个科学问题,更是直接关系到人类命运的社会问题。保护海洋环境就是保护我们人类自己!愿人们从我做起、从现在做起,保护海洋和海洋生物,合理利用我们有限的海洋生物资源。