La biología marina es el estudio científico de la biología de la vida marina , organismos que habitan el mar . Dado que en biología muchos filos , familias y géneros tienen algunas especies que viven en el mar y otras que viven en la tierra, la biología marina clasifica las especies en función del medio ambiente en lugar de hacerlo en función de la taxonomía .
Una gran proporción de toda la vida en la Tierra vive en el océano. El tamaño exacto de esta "gran proporción" es desconocido, ya que muchas especies oceánicas aún están por descubrir. El océano es un mundo tridimensional complejo, [1] que cubre aproximadamente el 71% de la superficie de la Tierra. Los hábitats estudiados en biología marina incluyen todo, desde las diminutas capas de agua superficial en las que los organismos y elementos abióticos pueden estar atrapados en la tensión superficial entre el océano y la atmósfera, hasta las profundidades de las fosas oceánicas , a veces 10.000 metros o más debajo de la superficie del océano. Los hábitats específicos incluyen estuarios , arrecifes de coral , bosques de algas marinas , praderas de pastos marinos , los alrededores de montes submarinos y respiraderos termales , pozas de marea , fondos fangosos, arenosos y rocosos, y la zona de océano abierto ( pelágica ), donde los objetos sólidos son raros y la superficie del agua es el único límite visible. Los organismos estudiados van desde el fitoplancton y el zooplancton microscópicos hasta enormes cetáceos (ballenas) de entre 25 y 32 metros (82 y 105 pies) de longitud. La ecología marina es el estudio de cómo los organismos marinos interactúan entre sí y con el medio ambiente.
La vida marina es un recurso inmenso que proporciona alimentos, medicinas y materias primas, además de contribuir a la recreación y el turismo en todo el mundo. En un nivel fundamental, la vida marina ayuda a determinar la naturaleza misma de nuestro planeta. Los organismos marinos contribuyen significativamente al ciclo del oxígeno y están involucrados en la regulación del clima de la Tierra . [2] Las costas están en parte moldeadas y protegidas por la vida marina, y algunos organismos marinos incluso ayudan a crear nueva tierra. [3]
Muchas especies son económicamente importantes para los seres humanos, incluidos los peces y los mariscos. También se está empezando a entender que el bienestar de los organismos marinos y de otros organismos está vinculado de manera fundamental. El conjunto de conocimientos humanos sobre la relación entre la vida en el mar y los ciclos importantes está creciendo rápidamente, y casi todos los días se hacen nuevos descubrimientos. Estos ciclos incluyen los de la materia (como el ciclo del carbono ) y del aire (como la respiración de la Tierra y el movimiento de energía a través de los ecosistemas, incluido el océano). Grandes áreas bajo la superficie del océano aún permanecen prácticamente inexploradas.
La biología marina se puede contrastar con la oceanografía biológica . La vida marina es un campo de estudio tanto en la biología marina como en la oceanografía biológica . La oceanografía biológica es el estudio de cómo los organismos afectan y son afectados por la física , la química y la geología del sistema oceanográfico . La oceanografía biológica se centra principalmente en los microorganismos dentro del océano; observando cómo se ven afectados por su entorno y cómo eso afecta a las criaturas marinas más grandes y su ecosistema. [6] La oceanografía biológica es similar a la biología marina, pero estudia la vida oceánica desde una perspectiva diferente. La oceanografía biológica adopta un enfoque de abajo hacia arriba en términos de la red alimentaria, mientras que la biología marina estudia el océano desde una perspectiva de arriba hacia abajo. La oceanografía biológica se centra principalmente en el ecosistema del océano con énfasis en el plancton : su diversidad (morfología, fuentes nutricionales, motilidad y metabolismo); su productividad y cómo eso juega un papel en el ciclo global del carbono; y su distribución (depredación y ciclo de vida). [6] [7] [8] La oceanografía biológica también investiga el papel de los microbios en las redes alimentarias y cómo los humanos impactan los ecosistemas en los océanos. [6] [9]
Los hábitats marinos se pueden dividir en hábitats costeros y de océano abierto . Los hábitats costeros se encuentran en el área que se extiende desde la costa hasta el borde de la plataforma continental . La mayor parte de la vida marina se encuentra en hábitats costeros, a pesar de que el área de la plataforma ocupa solo el siete por ciento del área total del océano. Los hábitats de océano abierto se encuentran en el océano profundo más allá del borde de la plataforma continental. Alternativamente, los hábitats marinos se pueden dividir en hábitats pelágicos y demersales . Los hábitats pelágicos se encuentran cerca de la superficie o en la columna de agua abierta , lejos del fondo del océano y afectados por las corrientes oceánicas , mientras que los hábitats demersales están cerca o en el fondo. Los hábitats marinos pueden ser modificados por sus habitantes. Algunos organismos marinos, como los corales, las algas marinas y las hierbas marinas, son ingenieros de ecosistemas que remodelan el entorno marino hasta el punto de crear más hábitat para otros organismos.
Las zonas intermareales , las áreas cercanas a la costa, quedan constantemente expuestas y cubiertas por las mareas del océano . En esta zona se puede encontrar una gran variedad de vida. Los hábitats costeros se extienden desde las zonas intermareales superiores hasta el área donde la vegetación terrestre cobra prominencia. Puede estar bajo el agua en cualquier momento, desde diariamente hasta muy infrecuentemente. Muchas especies aquí son carroñeras y viven de la vida marina que llega a la costa. Muchos animales terrestres también hacen mucho uso de la costa y los hábitats intermareales. Un subgrupo de organismos en este hábitat perfora y muele la roca expuesta a través del proceso de bioerosión .
Los estuarios también están cerca de la costa y reciben la influencia de las mareas . Un estuario es un cuerpo de agua costero parcialmente cerrado con uno o más ríos o arroyos que desembocan en él y con una conexión libre con el mar abierto. [10] Los estuarios forman una zona de transición entre los entornos fluviales de agua dulce y los entornos marítimos de agua salada. Están sujetos tanto a influencias marinas (como mareas, olas y la afluencia de agua salina) como a influencias fluviales (como flujos de agua dulce y sedimentos). Los flujos cambiantes tanto de agua de mar como de agua dulce proporcionan altos niveles de nutrientes tanto en la columna de agua como en los sedimentos, lo que hace que los estuarios sean uno de los hábitats naturales más productivos del mundo. [11]
Los arrecifes comprenden algunos de los hábitats más densos y diversos del mundo. Los tipos de arrecifes más conocidos son los arrecifes de coral tropicales que existen en la mayoría de las aguas tropicales; sin embargo, los arrecifes también pueden existir en agua fría. Los arrecifes están formados por corales y otros animales que depositan calcio , generalmente sobre un afloramiento rocoso en el fondo del océano. Los arrecifes también pueden crecer en otras superficies, lo que ha hecho posible la creación de arrecifes artificiales . Los arrecifes de coral también sustentan una enorme comunidad de vida, incluidos los propios corales, sus zooxantelas simbióticas , peces tropicales y muchos otros organismos.
En biología marina se presta mucha atención a los arrecifes de coral y al fenómeno meteorológico de El Niño . En 1998, los arrecifes de coral sufrieron los episodios de blanqueamiento masivo más graves de los que se tiene registro, cuando grandes extensiones de arrecifes de todo el mundo murieron porque las temperaturas de la superficie del mar aumentaron muy por encima de lo normal. [12] [13] Algunos arrecifes se están recuperando, pero los científicos afirman que entre el 50% y el 70% de los arrecifes de coral del mundo están ahora en peligro y predicen que el calentamiento global podría exacerbar esta tendencia. [14] [15] [16] [17]
El océano abierto es relativamente improductivo debido a la falta de nutrientes, pero debido a que es tan vasto, en total produce la mayor productividad primaria. El océano abierto está dividido en diferentes zonas, y cada una de las diferentes zonas tiene diferentes ecologías. [19] Las zonas que varían según su profundidad incluyen las zonas epipelágica , mesopelágica , batipelágica , abisopelágica y hadopelágica . Las zonas que varían según la cantidad de luz que reciben incluyen las zonas fótica y afótica . Gran parte de la energía de la zona afótica es suministrada por el océano abierto en forma de detritos .
La fosa oceánica más profunda registrada medida hasta la fecha es la Fosa de las Marianas , cerca de Filipinas , en el Océano Pacífico a 10.924 m (35.840 pies). A tales profundidades, la presión del agua es extrema y no hay luz solar, pero aún existe algo de vida. Un pez plano blanco , un camarón y una medusa fueron vistos por la tripulación estadounidense del batiscafo Trieste cuando se sumergió hasta el fondo en 1960. [20] En general, se considera que las profundidades marinas comienzan en la zona afótica , el punto donde la luz solar pierde su poder de transferencia a través del agua. [21] Muchas formas de vida que viven a estas profundidades tienen la capacidad de crear su propia luz conocida como bioluminiscencia . La vida marina también florece alrededor de los montes submarinos que se elevan desde las profundidades, donde los peces y otras formas de vida marina se congregan para desovar y alimentarse. Los respiraderos hidrotermales a lo largo de los centros de expansión de la dorsal oceánica actúan como oasis , al igual que sus opuestos, las filtraciones frías . Estos lugares sustentan biomas únicos y se han descubierto muchos microbios nuevos y otras formas de vida en ellos. Todavía hay mucho más que aprender sobre las partes más profundas del océano . [22]
En biología, muchos filos, familias y géneros tienen algunas especies que viven en el mar y otras que viven en la tierra. La biología marina clasifica las especies en función de su entorno en lugar de su taxonomía. Por este motivo, la biología marina abarca no solo los organismos que viven únicamente en un entorno marino, sino también otros organismos cuya vida gira en torno al mar.
Como habitantes del entorno más grande de la Tierra, los sistemas marinos microbianos impulsan cambios en todos los sistemas globales. Los microbios son responsables de prácticamente toda la fotosíntesis que ocurre en el océano, así como del ciclo del carbono , el nitrógeno , el fósforo y otros nutrientes y oligoelementos. [23]
La vida microscópica submarina es increíblemente diversa y aún se la comprende poco. Por ejemplo, el papel de los virus en los ecosistemas marinos apenas se ha explorado, incluso a principios del siglo XXI. [24]
El papel del fitoplancton se entiende mejor debido a su posición crítica como los productores primarios más numerosos en la Tierra. El fitoplancton se clasifica en cianobacterias (también llamadas algas/bacterias verdeazuladas), varios tipos de algas (rojas, verdes, marrones y verde amarillentas), diatomeas , dinoflagelados , euglenoides , cocolitofóridos , criptomonas , crisofitas , clorofitas , prasinofitas y silicoflagelados .
El zooplancton tiende a ser algo más grande, y no todos son microscópicos. Muchos protozoos son zooplancton, incluidos los dinoflagelados, zooflagelados , foraminíferos y radiolarios . Algunos de estos (como los dinoflagelados) también son fitoplancton; la distinción entre plantas y animales a menudo se rompe en organismos muy pequeños. Otro zooplancton incluye cnidarios , ctenóforos , quetognatos , moluscos , artrópodos , urocordados y anélidos como los poliquetos . Muchos animales más grandes comienzan su vida como zooplancton antes de volverse lo suficientemente grandes como para tomar sus formas familiares. Dos ejemplos son las larvas de peces y las estrellas de mar (también llamadas estrellas de mar ).
Las algas y plantas microscópicas proporcionan hábitats importantes para la vida, a veces actuando como escondites para formas larvarias de peces más grandes y lugares de alimentación para invertebrados.
La vida de las algas está muy extendida y es muy diversa bajo el océano. Las algas fotosintéticas microscópicas contribuyen con una proporción mayor de la producción fotosintética del mundo que todos los bosques terrestres juntos. La mayor parte del nicho ocupado por subplantas en la tierra está en realidad ocupado por algas macroscópicas en el océano, como el sargazo y las algas marinas , que se conocen comúnmente como algas marinas que crean bosques de algas marinas .
Las plantas que sobreviven en el mar suelen encontrarse en aguas poco profundas, como las praderas marinas (entre las que se encuentran la zostera y la thalasia ). Estas plantas se han adaptado a la alta salinidad del entorno oceánico. La zona intermareal también es un buen lugar para encontrar vida vegetal en el mar, donde pueden crecer manglares , grama o pastos de playa .
Al igual que en la tierra, los invertebrados , o animales que carecen de columna vertebral, constituyen una gran parte de toda la vida en el mar. La vida marina invertebrada incluye Cnidaria como medusas y anémonas de mar ; Ctenophora ; gusanos marinos incluyendo los filos Platyhelminthes , Nemertea , Annelida , Sipuncula , Echiura , Chaetognatha y Phoronida ; Mollusca incluyendo mariscos , calamares , pulpos ; Artrópodos incluyendo Chelicerata y Crustacea ; Porifera ; Bryozoa ; Echinodermata incluyendo estrellas de mar ; y Urochordata incluyendo ascidias o tunicados .
Se conocen más de 10.000 [25] especies de hongos de ambientes marinos. [26] Estos son parásitos de algas o animales marinos, o son saprobios de algas, corales, quistes de protozoos, pastos marinos, madera y otros sustratos, y también se pueden encontrar en la espuma del mar . [27] Las esporas de muchas especies tienen apéndices especiales que facilitan la adhesión al sustrato. [28] Los hongos marinos producen una gama muy diversa de metabolitos secundarios inusuales. [29]
Hasta 2016 se habían descrito 33.400 especies de peces, incluidos peces óseos y cartilaginosos, [ 30 ] más que todos los demás vertebrados juntos. Alrededor del 60% de las especies de peces viven en agua salada. [31]
Los reptiles que habitan o frecuentan el mar incluyen tortugas marinas , serpientes marinas , galápagos , la iguana marina y el cocodrilo de agua salada . La mayoría de los reptiles marinos existentes , a excepción de algunas serpientes marinas, son ovíparos y necesitan regresar a la tierra para poner sus huevos. Por lo tanto, la mayoría de las especies, excluidas las tortugas marinas, pasan la mayor parte de sus vidas en la tierra o cerca de ella en lugar de en el océano. A pesar de sus adaptaciones marinas, la mayoría de las serpientes marinas prefieren aguas poco profundas cercanas a la tierra, alrededor de islas, especialmente aguas que están algo protegidas, así como cerca de estuarios. [32] [33] Algunos reptiles marinos extintos , como los ictiosaurios , evolucionaron para ser vivíparos y no tenían la necesidad de regresar a la tierra.
Las aves adaptadas a vivir en el medio marino suelen denominarse aves marinas . Algunos ejemplos son los albatros , los pingüinos , los alcatraces y los alcas . Aunque pasan la mayor parte de su vida en el océano, especies como las gaviotas suelen encontrarse a miles de kilómetros tierra adentro.
Existen cinco tipos principales de mamíferos marinos: cetáceos ( ballenas dentadas y ballenas barbadas ); sirénidos como los manatíes ; pinnípedos como las focas y las morsas ; nutrias marinas ; y el oso polar . Todos respiran aire, lo que significa que, si bien algunos, como el cachalote, pueden sumergirse durante períodos prolongados, todos deben regresar a la superficie para respirar. [34] [35]
El ecosistema marino es grande, y por lo tanto hay muchos subcampos de la biología marina. La mayoría implica el estudio de especializaciones de grupos animales particulares, como la ficología , la zoología de invertebrados y la ictiología . Otros subcampos estudian los efectos físicos de la inmersión continua en el agua de mar y el océano en general, la adaptación a un entorno salado y los efectos del cambio de varias propiedades oceánicas en la vida marina. Un subcampo de la biología marina estudia las relaciones entre los océanos y la vida oceánica, y el calentamiento global y los problemas ambientales (como el desplazamiento del dióxido de carbono ). La biotecnología marina reciente se ha centrado en gran medida en las biomoléculas marinas , especialmente las proteínas , que pueden tener usos en la medicina o la ingeniería. Los entornos marinos son el hogar de muchos materiales biológicos exóticos que pueden inspirar materiales biomiméticos .
Gracias a la vigilancia constante del océano, se han descubierto formas de vida marina que podrían utilizarse para crear remedios para ciertas enfermedades, como el cáncer y la leucemia. Además, la ziconotida, un fármaco aprobado para tratar el dolor, se creó a partir de un caracol que vive en el océano. [36]
La biología marina es una rama de la biología . Está estrechamente vinculada a la oceanografía , especialmente a la oceanografía biológica , y puede considerarse un subcampo de la ciencia marina . También abarca muchas ideas de la ecología . La ciencia pesquera y la conservación marina pueden considerarse ramificaciones parciales de la biología marina (así como los estudios ambientales ). La química marina , la oceanografía física y las ciencias atmosféricas también están estrechamente relacionadas con este campo.
Un tema de investigación activo en biología marina es descubrir y mapear los ciclos de vida de varias especies y dónde pasan su tiempo. Las tecnologías que ayudan en este descubrimiento incluyen etiquetas de archivo satelitales emergentes , etiquetas acústicas y una variedad de otros registradores de datos . Los biólogos marinos estudian cómo las corrientes oceánicas , las mareas y muchos otros factores oceánicos afectan las formas de vida oceánicas, incluido su crecimiento, distribución y bienestar. Esto solo se ha vuelto técnicamente factible recientemente con los avances en GPS y los dispositivos visuales submarinos más nuevos. [37]
La mayor parte de la vida marina se reproduce en lugares específicos, anida en otros, pasa su etapa juvenil en otros y su madurez en otros más. Los científicos saben poco sobre dónde pasan muchas especies diferentes partes de sus ciclos de vida, especialmente en los años de infancia y juventud. Por ejemplo, todavía se desconoce en gran medida a dónde viajan las tortugas marinas juveniles y algunos tiburones en el primer año de su vida. Los recientes avances en dispositivos de seguimiento submarino están arrojando luz sobre lo que sabemos sobre los organismos marinos que viven en grandes profundidades oceánicas. [38] La información que brindan las etiquetas de archivo satelitales emergentes ayuda a los cierres de pesca en ciertas épocas del año y al desarrollo de áreas marinas protegidas . Estos datos son importantes tanto para los científicos como para los pescadores porque están descubriendo que, al restringir la pesca comercial en una pequeña área, pueden tener un gran impacto en el mantenimiento de una población de peces saludable en un área mucho más grande.
El estudio de la biología marina se remonta a Aristóteles (384-322 a. C.), quien hizo muchas observaciones de la vida en el mar alrededor de Lesbos , sentando las bases para muchos descubrimientos futuros. [40] En 1768, Samuel Gottlieb Gmelin (1744-1774) publicó la Historia Fucorum , la primera obra dedicada a las algas marinas y el primer libro sobre biología marina en utilizar la nueva nomenclatura binomial de Linneo . Incluía elaboradas ilustraciones de algas marinas en hojas plegadas. [41] [42] El naturalista británico Edward Forbes (1815-1854) es generalmente considerado como el fundador de la ciencia de la biología marina. [43] El ritmo de los estudios oceanográficos y de biología marina se aceleró rápidamente durante el transcurso del siglo XIX.
Las observaciones realizadas en los primeros estudios de biología marina impulsaron la Era de los Descubrimientos y la exploración que le siguió. Durante este tiempo, se obtuvo una gran cantidad de conocimiento sobre la vida que existe en los océanos del mundo. Muchos viajes contribuyeron significativamente a este acervo de conocimientos. Entre los más significativos estuvieron los viajes del HMS Beagle , donde Charles Darwin ideó sus teorías de la evolución y sobre la formación de los arrecifes de coral . [44] Otra expedición importante fue realizada por el HMS Challenger , donde se encontraron inesperadamente una alta diversidad de especies entre la fauna, lo que estimuló mucha teorización por parte de los ecólogos de poblaciones sobre cómo tales variedades de vida podían mantenerse en lo que se pensaba que era un entorno tan hostil. [45] Esta era fue importante para la historia de la biología marina, pero los naturalistas aún estaban limitados en sus estudios porque carecían de tecnología que les permitiera examinar adecuadamente las especies que vivían en partes profundas de los océanos.
La creación de laboratorios marinos fue importante porque permitió a los biólogos marinos realizar investigaciones y procesar sus especímenes de las expediciones. El laboratorio marino más antiguo del mundo, Station biologique de Roscoff , se estableció en Concarneau, Francia, fundado por el Colegio de Francia en 1859. [46] En los Estados Unidos, la Institución Scripps de Oceanografía se remonta a 1903, mientras que el destacado Instituto Oceanográfico Woods Hole se fundó en 1930. [47] El desarrollo de tecnología como la navegación y medición de sonido , el equipo de buceo , los sumergibles y los vehículos operados a distancia permitieron a los biólogos marinos descubrir y explorar la vida en los océanos profundos que alguna vez se pensó que no existía. [48] El interés público en el tema continuó desarrollándose en los años de posguerra con la publicación de la trilogía marina de Rachel Carson (1941-1955).
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