14次 在人類對(duì)海洋的探索歷史上，海洋生物學(xué)可能是最早開(kāi)展的，它的研究范圍涵蓋海洋動(dòng)物、海洋植物以及海洋微生物等。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，海洋生物學(xué)已成為 21 世紀(jì)海洋科學(xué)與生命科學(xué)領(lǐng)域中重要的前沿學(xué)科之一；同時(shí)海洋生物學(xué)與醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科交叉 --> 研究背景公元前4世紀(jì)，古希臘科學(xué)家亞里士多德在《動(dòng)物志》中便記述了170多種海洋生物，但這只是極為豐富的海洋生物的九牛一毛。面對(duì)海洋饋贈(zèng)的豐富的生物資源，人類探索海洋生物的熱情始終不減。如今海洋生物學(xué)已成為21世紀(jì)海洋科學(xué)與生命科學(xué)重要的前沿學(xué)科之一；同時(shí)海洋生物學(xué)與醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科交叉，也是當(dāng)今發(fā)展最快、最活躍、并與其他學(xué)科廣泛互動(dòng)的一門學(xué)科。1海洋動(dòng)物海洋幾乎涵蓋所有的動(dòng)物種類。海洋動(dòng)物門類繁多，各門類的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特點(diǎn)可以有很大差異。微小的有單細(xì)胞原生動(dòng)物，大的有長(zhǎng)可超過(guò)30m、重超過(guò)1.90×104kg的藍(lán)鯨。無(wú)論大小，人們都對(duì)其傾注了許多的研究熱情，因?yàn)槊總€(gè)物種都是海洋生物多樣性的組成部分，都在維護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用。1.1海洋脊椎動(dòng)物1.1.1海洋哺乳類，海鳥，海洋爬行類海洋哺乳類，海鳥，海洋爬行類的種類較少，且由于這些處于食物鏈頂端的海洋脊椎動(dòng)物對(duì)海洋污染以及對(duì)氣候轉(zhuǎn)變的敏感程度很高，再加上人希臘語(yǔ)中的“海怪”一詞衍生的，由此可見(jiàn)古人對(duì)這類棲息在海洋中的龐然大物所具有的敬畏之情。但現(xiàn)代人類似乎對(duì)自然已不再有敬畏，將艦船和火炮用于獵捕鯨類，使得鯨的數(shù)量銳減，很多種類如北真鯨(Eubalaenaglacialis)、白暨豚(Lipotesvexillifer)、加灣鼠豚(Pbocoenasinus)已瀕臨滅絕(Romanetal.,2013)。所幸保護(hù)工作已在展開(kāi)，一些環(huán)保組織(如綠色和平、世界自然基金會(huì)等)以及澳大利亞、巴西等國(guó)政府已介入反對(duì)捕鯨。但在發(fā)展中國(guó)家，這種保護(hù)的理念仍需大力宣傳。1.1.2海洋魚類從遠(yuǎn)古人們劃著獨(dú)木舟出海捕魚到亞里士多德對(duì)115種海洋魚類的結(jié)構(gòu)、繁殖、洄游等方面作系統(tǒng)的記述，再到現(xiàn)在海洋魚類學(xué)的蓬勃發(fā)展，人類對(duì)海洋饋贈(zèng)給我們的豐富的魚類資源始終抱著濃厚的興趣。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著基因組技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，多種海洋魚類(如半滑舌鰨(Cynoglossussemilaevis),大黃魚(Pseudosciaenacrocea),非洲腔棘魚(Latimeriachalumnae))的全基因組測(cè)序和組裝已完成，這對(duì)于理解海洋生物進(jìn)化歷程、開(kāi)發(fā)利用海洋基因資源和揭示海洋生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖及其他重要生命現(xiàn)象的分子機(jī)制等奠定了重要基礎(chǔ)。1.2海洋無(wú)脊椎動(dòng)物相對(duì)于巨無(wú)霸似的鯨魚和龐大的魚群，海洋無(wú)脊椎動(dòng)物一般個(gè)體較小而容易被人們忽視，但其實(shí)它們種數(shù)、門數(shù)最為繁多，占海洋動(dòng)物的絕大部分。各種各樣的海洋無(wú)脊椎動(dòng)物是研究各類生物課題的好素材。例如烏賊現(xiàn)已是神經(jīng)生物學(xué)以及仿生學(xué)研究的熱點(diǎn)；牡蠣基因組的破譯，將極大推進(jìn)對(duì)海洋生物逆境適應(yīng)進(jìn)化機(jī)制的研究(Zhangetal.,2012)；而深海無(wú)脊椎動(dòng)物的研究更是大大地開(kāi)闊了我們的視野，如今深海無(wú)脊椎動(dòng)物的種群生態(tài)、生理、生化和適應(yīng)機(jī)制等研究都在如火如荼地進(jìn)行。事實(shí)上，海洋無(wú)脊椎動(dòng)物已逐漸從配角走到主角的位置。1.3海洋動(dòng)物的生態(tài)危機(jī)之前我們提到海洋哺乳類，海鳥，海洋爬行類這些大型海洋動(dòng)物的處境堪憂，實(shí)際上，在人類大規(guī)模開(kāi)發(fā)海洋的背景下，幾乎所有的海洋動(dòng)物都面臨著生態(tài)危機(jī)。海洋無(wú)脊椎動(dòng)物也不例外，許多物種也面臨著滅絕的危險(xiǎn)。目前已有1300多種海洋無(wú)脊椎動(dòng)物被世界自然保護(hù)聯(lián)盟列為最高保護(hù)級(jí)別的紅色名錄。以珊瑚為例，32%的造礁珊瑚面臨滅絕威脅。珊瑚一個(gè)很重要的生物學(xué)特點(diǎn)是，它與一種蟲黃藻共生，而蟲黃藻對(duì)環(huán)境的變化非常敏感。近年來(lái)的全球變化(包括海水溫度升高以及海洋酸化)使得海洋環(huán)境激烈變化，使得蟲黃藻大量逃逸或死亡，進(jìn)而導(dǎo)致珊瑚發(fā)生白化和死亡。人類大規(guī)模開(kāi)發(fā)海洋一方面破壞了許多海洋動(dòng)物的棲息地(如海龜?shù)漠a(chǎn)卵場(chǎng)所)，另一方面帶來(lái)了海洋環(huán)境的污染，赤潮頻繁爆發(fā)。此外，人類必須控制自己的“特殊欲望”，例如亞洲人對(duì)魚翅的欲望，這導(dǎo)致鯊魚總數(shù)大幅減少(50年來(lái)下降了80%)；對(duì)高檔毛皮的需求，導(dǎo)致大量的海豹被捕殺；還有日本人的捕鯨，各發(fā)展中國(guó)家對(duì)海龜?shù)臑E捕。所有這些都讓海洋生物多樣性的保護(hù)變得迫在眉睫。2海洋植物在浩瀚海洋里，除了上述鮮活神秘的海洋動(dòng)物外，還有一個(gè)角色是我們不能忽略的。那就是同樣品種繁多、形形色色的海洋植物。海洋植物也在海洋生態(tài)系統(tǒng)中占有重要的地位，并且資源也異常豐富。海洋植物可以簡(jiǎn)單地分為兩大類：藻類植物和種子植物。2.1藻類植物海藻生態(tài)特點(diǎn)以及習(xí)性各有不同，其中一類為浮游藻，也稱為單細(xì)胞藻類，一般懸浮在海洋里。它們通過(guò)光合作用吸收光能，是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者，為魚蝦蟹貝等提供餌料和食物。浮游藻是測(cè)量水質(zhì)的指示生物，海水受污染或富營(yíng)養(yǎng)化都將導(dǎo)致浮游植物的減少或過(guò)度繁殖，形成臭名昭著的水華?？茖W(xué)家們將棲息在海底的藻類稱為底棲藻。底棲藻的種類非常豐富：有被喻為“海上莊稼”的海帶；長(zhǎng)達(dá)300m、素有“海底森林”之稱的巨藻；我國(guó)沿海漁民稱之為海菠菜或海白菜的石莼，等等。底棲藻是海洋世界的“肥沃草原”，是海洋饋贈(zèng)給人類的綠色食品。此外，很多工業(yè)原料(例如瓊脂)也可從藻類中提取。很多藻類的提取物具有抗菌、抗腫瘤活性，為人們制造海洋新藥物提供了重要的來(lái)源。2.2種子植物生活在海洋的種子植物種類較少，一般為生活在溫帶海域沿岸淺水中的單子葉草本植物，稱為海草。海草常常成片生長(zhǎng)，形成遼闊的“草原”。海草的次生產(chǎn)物或腐爛后，是許多動(dòng)物的食物來(lái)源。這美麗的草原也是海龜、海鳥等大型海洋動(dòng)物的棲息場(chǎng)所。紅樹(shù)植物通常也被認(rèn)為是海洋植物。紅樹(shù)植物為木本種子植物，一般生活在潮間帶，對(duì)海水的腐蝕有著驚人的適應(yīng)能力。漲潮時(shí)紅樹(shù)可能完全被海水淹沒(méi)；但當(dāng)退潮以后，紅樹(shù)植物在海邊形成一片綠油油的蔚為壯觀海上林地。紅樹(shù)林有發(fā)達(dá)的根系，可以抵御海浪、海水對(duì)海岸的侵蝕；另一方面，和森林一樣，紅樹(shù)林可以調(diào)節(jié)海洋氣候，穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)。通過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)換，為海洋動(dòng)物提供良好的生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境。此外紅樹(shù)林區(qū)是候鳥的越冬場(chǎng)和遷徒中轉(zhuǎn)站，更是各種海鳥的覓食棲息，生產(chǎn)繁殖的場(chǎng)所。因此，紅樹(shù)林在整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)中起著極為重要的作用。3海洋真菌目前，已發(fā)現(xiàn)的海洋真菌有500種左右，僅僅是陸地真菌種數(shù)的1%。但和陸生真菌一樣，海洋里的真菌也分解各種腐殖質(zhì)，在生態(tài)循環(huán)中占有不可或缺的地位，為各種藻類提供養(yǎng)料，穩(wěn)定整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)(Richardsetal.,2012)。此外，和青霉素一樣，某些海洋真菌也因拮抗作用，產(chǎn)生毒殺周邊微生物的物質(zhì)，可應(yīng)用于海洋藥物的研制。例如Keissleriella屬真菌具有抗腫瘤活性，Aspergillus屬真菌具有強(qiáng)烈的抗菌活性，這些來(lái)自海洋真菌的活性物質(zhì)是新藥研制的好材料(Bluntetal.,2013)。此外，隨著人類對(duì)海洋的開(kāi)發(fā)，海洋污染日益嚴(yán)重，而海洋真菌(如Pseudomonas屬真菌)可分解眾多的污染物，促進(jìn)海洋自凈?？梢灶A(yù)言，隨著人類對(duì)海洋探索的不斷深入，必將發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的有趣、神奇的海洋真菌。4海洋微生物海洋微生物分布廣、數(shù)量多，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用。它們還出現(xiàn)在我們一般認(rèn)為并無(wú)可能有生命的地方，例如深海熱液噴口、冷泉口以及海床表面以下800m深處的沉積軟泥中，都發(fā)現(xiàn)有微生物的生命活動(dòng)。這些生活在極端環(huán)境下的特殊生命引起了科學(xué)家們強(qiáng)烈的興趣。眾所周之，給分子生物學(xué)帶來(lái)深刻革命的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)PCR技術(shù)之所以得到突破和應(yīng)用，是因?yàn)樵跇O端環(huán)境下的嗜熱細(xì)菌里發(fā)現(xiàn)了耐熱的DNA聚合酶。而海洋(尤其是深海)里的微生物正是生活在高壓、高鹽、低溫、寡營(yíng)養(yǎng)等極端環(huán)境里，研究和挖掘這些微生物資源，很可能也會(huì)讓我們有意想不到的收獲。例如，目前已發(fā)現(xiàn)多種可降解石油的Bacillus桿菌(Thavasietal.,2011)，這可用于治理泄油污染；此外，許多來(lái)自海洋細(xì)菌(包括可降解石油的Bacillus桿菌)以及海洋放線菌(Actinomycete)的活性物質(zhì)亦具有顯著的抗腫瘤活性和抗菌活性，已廣泛應(yīng)用于新藥的研制(Bluntetal.,2013)。5結(jié)論人類最早開(kāi)展對(duì)海洋生物的研究和探索，海洋生物學(xué)這門學(xué)科歷史也最為古老，它的研究對(duì)象包括生活在海洋里的各種動(dòng)植物和微生物，而如今隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)以及生物技術(shù)的發(fā)展，空前地促進(jìn)了海洋生物的研究與利用。人類從海洋中走來(lái)，海洋給予人類無(wú)窮的力量和豐富的資源，現(xiàn)在是人類回饋海洋的時(shí)候了。參考文獻(xiàn)BluntJ.W.,CoppB.R.,KeyzersR.A.,MunroM.H.G.,andPrinsepM.R.,2013,Marinenaturalproducts,Nat.Prod.Rep.,30:237-323http://dx.doi.org/10.1039/c2np20112gPMid:23263727RichardsT.A.,JonesM.D.M.,LeonardG.,andBassD.,2012,Marinefungi:theirecologyandmoleculardiversity,AnnualReviewofMarineScience,4:495-522http://dx.doi.org/10.1146/annurev-marine-120710-100802RomanJ.,AltmanI.,Dunphy-DalyM.M.,CampbellC.,JasnyM.,andReadA.J.,2013,TheMarineMammalProtectionActat40:status,recovery,andfutureofU.S.marinemammals,AnnalsoftheNewYorkAcademyofSciences,1286:29-49http://dx.doi.org/10.1111/nyas.12040PMid:23521536ThavasiR.,JayalakshmiS.,andBanatI.M.,2011,EffectofbiosurfactantandfertilizeronbiodegradationofcrudeoilbymarineisolatesofBacillusmegaterium,CorynebacteriumkutscheriandPseudomonasaeruginosa,BioresourTechnol.,102:772-778http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2010.08.099PMid:20863694ZhangG.F.,FangX.D.,GuoX.M.,LiL.,LuoR.B.,XuF.,YangP.C.,ZhangL.L.,WangX.T.,QiH.G.,XiongZ.Q.,QueH.Y.,XieY.L.,HollandP.W.H.,PapsJ.,ZhuY.B.,WuF.C.,
相關(guān)閱讀
