Ekologia morska opisuje interakcje gatunków morskich organizmów z ich żywym (biotycznym) i nieożywionym (abiotycznym) środowiskiem. Przez środowisko biotyczne rozumiemy relacje z innymi organizmami. Do środowiska abiotycznego zaliczamy własności fizyczne siedlisk, takie jak temperatura wody, jej skład chemiczny, głębokość lub siłę prądu.

Poziomy troficzne i piramidy biomasy

Słowo "troficzny" dotyczy odżywiania się, a "poziomy troficzne" to różne poziomy odżywiania się w łańcuchu pokarmowym. Pierwszy poziom troficzny zawiera gatunki, które określamy mianem producentów pierwotnych. Organizmy te wytwarzają materię organiczną z prostych związków nieorganicznych, które znajdują się w środowisku, z wykorzystaniem zewnętrznych źródeł energii.

00030229.jpg 

Kryl, małe skorupiaki często występujące w gęstych ławicach, są elementem krytycznym łańcucha pokarmowego w oceanach rejonów polarnych. Ssaki morskie oraz pingwiny są przykładem zwierząt zdanych na kryl jako główny składnik diety.

Większość producentów pierwotnych stanowią organizmy fotosyntetyzujące, które jako swojego źródła energii używają światła słonecznego. Przykładem fotoautotrofów są roślinyalgi. Praktycznie wszystkie łańcuchy pokarmowe oparte są o fotoautotrofy, jakkolwiek nieliczne, także z tych występujących w morzu, o bakterie chemosyntetyzujące. Używają one chemicznego źródła energii potrzebnej do produkcji. O tych organizmach będzie jeszcze mowa w dalszym ciągu tej pracy.

Kolejny poziom łańcucha pokarmowego stanowią organizmy, które zjadają producentów pierwotnych. Określa się je czasem jako konsumentów pierwotnych (I rzędu) albo po prostu jako roślinożerców. Trzeci poziom troficzny są to konsumenci wtórni (II rzędu), zaliczani do mięsożerców. Może istnieć kolejny, jeszcze wyższy poziom troficzny. Ostatecznie jednak szczątki wszystkich tych organizmów po obumarciu (np. opadłe liście, martwe zwierzęta, ich części i wydaliny) trafiają do reducentów, czyli destruentów. Rozkładana materia organiczna staje się znów materią nieorganiczna, przyswajalną dla producentów. Do grupy reducentów zaliczamy większość bakterii i grzybów. Pewne gatunki zajmować mogą więcej niż jeden poziom troficzny, tak samo jak każdy poziom troficzny ma zwykle wielu reprezentantów. W konsekwencji tego w większości ekosystemów wodnych interakcji pokarmowych nie da się przybliżyć pojedynczym łańcuchem, ale skomplikowaną ich siecią, w której każdy organizm wchodzi w relację z wieloma innymi. Wiele gatunków, w tym wszystkożercy, zajmuje kilka poziomów troficznych jednocześnie.

Piramida biomasy

Pod tajemniczo brzmiącą nazwą kryje się poziomy wykres słupkowy, w którym powierzchnia słupków oznacza biomasę kolejnych poziomów troficznych w ekosystemie. Biomasę opisuje się zwykle jako masę organizmów żyjących w danej chwili na danym obszarze, wyrażoną w jednostkach masy lub energii. Ilość biomasy zmniejsza się gwałtownie, kiedy poruszamy się od niższych do wyższych poziomów troficznych i stąd właśnie podobieństwo z piramidą. Tak więc całkowita masa (lub zakumulowana energia) wszystkich producentów łańcucha pokarmowego jest większa, niż całkowita masa konsumentów I rzędu, która z kolei jest większa, niż wszystkich konsumentów II rzędu. Jest tak dlatego, że nie cała energia, którą konsumenci otrzymują w pokarmie, przekształcana jest w biomasę. Konsument musi przykładowo przeznaczyć część energii na to, by schwytać i zjeść (tzn strawić i wchłonąć) swą ofiarę. Na dodatek wiele energii rozprasza się jako ciepło i metabolizm traci ją bezpowrotnie. Ostatecznie tylko około 10 procent energii zgromadzonej na danym poziomie troficznym przekazywane jest do wyższego. Z racji zmniejszania się ilości energii dostępnej na każdym poziomie troficznym większość ekosystemów nie jest w stanie utrzymać więcej, jak cztery lub pięć takich poziomów.

Fitoplantkon i zooplankton

W prawie wszystkich ekosystemach morskich producentami, u podstaw piramidy pokarmowej są organizmy fotosyntetyzujące. Potrzebują światła, dwutlenku węgla i nutrientów takich, jak azot i fosfor, które występują w wodzie morskiej. Chociaż w płytkich rejonach mórz można znaleźć ukorzenione rośliny, większość organizmów fotosyntetyzujących w oceanie stanowią mikroskopijne algi, albo fitoplankton, który dryfuje unoszony prądami wody. Fitoplankton można znaleźć tylko w najwyżej położonej warstwie wody, gdzie światła potrzebnego do fotosyntezy jest pod dostatkiem. Koncentracja producentów w pobliżu powierzchni wody pociąga za sobą zagęszczenie konsumentów. Liczebność fitoplanktonu zmienia się od miejsca do miejsca i sezonowo. W wodach tropikalnych na przykład fitoplankton nie osiąga wielkich liczebności, ponieważ dostaje się tam niewiele substancji odżywczych. Koncentracja fitoplanktonu w powierzchniowej warstwie wody jest na ogół mniejsza w zimie, gdy substancji odżywczych jest niewiele, największa zaś wiosną, podczas wzrostu operacji słonecznej i stężenia nutrientów. Wiosna przynosi często zakwity glonów, jak określamy eksplozje populacji fitoplanktonu. Osobników jest wtedy tak dużo, że zabarwiają wodę na czerwony, brązowy, pomarańczowy, purpurowy bądź niebieskozielony kolor. Ilości dostępnego planktonu nie pozostają bez wpływu na resztę łańcucha pokarmowego, tak że zakwity populacji alg poprzedzają nierzadko równie wielkie zakwity innych gatunków organizmów. Zooplankton stanowią gatunki swobodnie unoszących się w wodzie konsumentów. Zaliczają się do nich zarówno jednokomórkowe pierwotniaki, drobne skorupiaki oraz stadia larwalne różnych stawonogów i mięczaków, jak i młody narybek. Na zooplanktonie i fitoplanktonie żeruje nekton, to znaczy samodzielnie pływające organizmy morskie, ryby, wodne ssaki czy pingwiny, gatunki dna morskiego, małże, skorupiaki i ślimaki.

Przykładowe ekosystemy morskie

Istnieje wiele typów ekosystemów morskich. Należą tu rafy koralowe, zatoki i laguny, oceaniczne wody polarne, wody otwartego oceanu i inne.

Rafy koralowe

Producentami ekosystemów raf koralowych są fotosyntetyzujące algi. Rafy koralowe przedstawiają sobą jedną z najbardziej różnorodnych zespołów morza i rzeczywiście jedna czwarta gatunków morskich żyje właśnie tam. Fotosyntetyzujące glony raf koralowych wchodzą w mutualistyczną relację z koralami. Algi są zamknięte wewnątrz wapiennych szkieletów koralowców i w zamian dostarczają substancji odżywczych. Na algach żerują najrozmaitsze gatunki bezkręgowców, które ostatecznie zjadane są przez ryby, a te przez jeszcze większe ryby.

Strefy pływów

Ekosystemy stref pływów charakteryzują się tym, że są na zmianę pogrążane pod wodą, to znów wynurzane nad jej powierzchnię. Większość gatunków, które żyją w tej strefie, jest wyjątkowych tylko dla niej i zdolnych przeżyć w równym stopniu w warunkach wilgotnych i suchych. Sieci pokarmowe stref pływów, jak większość morskich sieci troficznych, oparte są na algach. Do konsumentów zaliczamy małże, ślimaki, małe ryby i ukwiały. Bardzo często drapieżnikami najwyższego są tu rozgwiazdy.

Wody polarne

W środowiskach polarnych, takich jak oceany wokół Antarktydy i Arktyki, fotosyntetyzujące glony również odgrywają rolę podstawy łańcucha pokarmowego. Są zjadane przez podobne do krewetek skorupiaki nazywane krylem, będące pokarmem pingwinów i wielorybów fiszbinowych. Na pingwiny polują głowonogi, a na jedne i drugie niektóre walenie, najwyższego rzędu drapieżcy w tym ekosystemie.

Lasy podmorskie

Lasami określamy ekosystemy morskie, dla których charakterystyczne są gigantyczne gatunki pływających fotosyntetycznych alg z klasy brunatnic. Mogą one osiągać nawet 80 metrów długości. Stanowią pokarm dla licznych skorupiaków i jeżowce, które zjadane są z kolei przez większe organizmy, jak np. foki.

Otwarte wody oceaniczne

Głębie oceaniczne, abysal, rozciągają się aż do ok. 6000 metrów pod powierzchnią wody. Te głębokomorskie środowiska charakteryzuje niska temperatura i niedostatek światła. Fotosynteza nie istnieje, a szczątki opadające z wyżej położonych warstw wody są jedynym źródłem pożywienia żyjących tu organizmów. Wyróżniamy wśród nich drapieżców i pasożyty.

Źródła hydrotermalne

Źródła hydrotermalne to pęknięcia i otwory w dnie oceanu, przez które do wody wycieka siarkowodór, roztwory metali i inne związki chemiczne. W wysokiej temperaturze (kilkaset stopni) żyją pewne, wyspecjalizowane gatunki bakterii, otrzymujące materię organiczną z siarkowodoru. Stanowią one bazę niezwykłych sieci pokarmowych, unikalnych dla tego specyficznego środowiska. Bakterie pożerają wyspecjalizowane gatunki robaków, małży i innych mięczaków, a te padają łupem ośmiornic i innych gatunków. Krab żyjący w źródle hydrotermalnym jest "czubkiem" piramidy troficznej. Te unikalne ekosystemy, czerpiące energię z reakcji utleniania siarkowodoru, są bogatsze w gatunki, niż większość innych ekosystemów głębokomorskich.

Biokoncentracja

Cechą związaną z uporządkowaną strukturą łańcuchów pokarmowych jest to, że substancje, a zwłaszcza zanieczyszczenia, ulegają na coraz wyższych poziomach troficznych koncentracji w tkankach organizmów w coraz większych ilościach. Dzieje się tak dlatego, że gatunek pochłaniający zanieczyszczenia wraz z pokarmem nie wydziela ich, ale raczej akumuluje w swoim ciele przez długi czas. Szczególną wagę należy przyłożyć do zatrucia ekosystemów morskich rtęcią. Rtęć jest przyczyną problemów zdrowotnych ludzi i innych gatunków. Powoduje uszkodzenie mózgu, mając tendencję do koncentracji w wyższych piętrach troficznych. Z tego względu szczególnie kobietom w ciąży odradza się spożywania drapieżnych gatunków ryb, takich jak tuńczyk.