Oceanul planetar și gigantismul marin de mare adâncime

Oceanul planetar reprezintă cea mai mare întindere de apă de pe glob și cuprinde cinci oceane: Pacific, Atlantic, Indian, Arctic și Antarctic. Deși acoperă mai mult de 70% din suprafața Pământului, peste 80% este neexplorat, oamenii reușind să cartografieze doar 5% din fundul oceanelor. Challenger Deep (Groapa Marianelor, Oceanul Pacific) este cel mai adânc punct de pe suprafața Pământului, la o adâncime de 10.902 metri sub nivelul mării. De-a lungul timpului, adâncurile oceanelor au fost locuite de creaturi ciudate, de multe ori imense, acest fenomen natural fiind cunoscut ca gigantism abisal sau gigantism marin de mare adâncime.

Crab Gigantic Japonz — Fig.1 – Crabul Gigantic Japonz (*Macrocheira kaempferi*) trăiește la 300 de metri adâncime și are 3,8 metri lungime cu picioarele desfăcute – poză publicată în Popular Science Magazine, iunie 1920 – Sursă: Wikipedia

Ce înseamnă “de mare adâncime”?

Se consideră “de mare adâncime” tot ceea ce depășește 200 de metri sub nivelul mării. Distingem trei zone ale mediului marin în funcție de adâncime (Fig. 2): zona batială (dincolo de 200 metri), zona abisală (dincolo de 4000 de metri), respectiv zona hadală (dincolo de 6000 de metri).

Fig.2 – Etajele mediului marin-oceanic – Sursă: Encyclopedia Britannica

Explorarea adâncurilor

Explorarea adâncurilor prezintă mai multe provocări, printre care: presiunea înaltă, temperaturile scăzute si lipsa luminii.

Conform NOAA (United States National Oceanic and Atmospheric Administration), pentru fiecare 10 metri în care înaintezi în adâncuri, presiunea exercitată crește cu o atmosferă (1 atm). Asta înseamnă că la adâncimi de aproximativ 6000 de metri, presiunea hidrostatică ajunge la aproape 600 atm, practic echivalentului greutății unui elefant ce ar sta pe o monedă de 50 de bani. În adâncuri, vehiculele subacvatice sunt supuse unor presiuni uriașe și cel mai mic defect structural poate provoca o implozie imediată, ceea ce le-ar distruge. Astfel, procesul de proiectare al acestora începe mai întâi cu simularea pe calculator a comportamentului pieselor în aceste condiții de înaltă presiune. Ulterior, prototipul fizic este testat în laborator și abia apoi vehiculul subacvatic final este folosit în ocean.

Pe măsură ce lumina soarelui pătrunde în apă, se estompează progresiv până la întuneric absolut. În funcţie de gradul de penetrare al luminii în mediul marin s-au delimitat trei zone cu stări de luminozitate diferite (Fig. 3): zona fotică sau luminoasă (primii 200 de metri), cu vegetaţie clorofiliană; zona oligofotică sau crepusculară (dincolo de 200 de metri), cu bacterii fotosintetizante, respecitv zona afotică (dincolo de 600 de metri), lipsită de lumină. Astfel, pentru a compensa lipsa de lumină, vehiculele subacvatice au nevoie de surse de lumină foarte bune, precum și alte modalități de a “vedea” (sonare, scannere laser).

Adâncimea până la care pătrunde lumina în ocean — Fig. 3 – Zona eufotică, zona disfotică și zona afotică, în funcție de adâncimea până la care pătrunde lumina în ocean – Sursă: NOAA – National Oceanic and Atmospheric Administration

La 200 de metri adâncime, apa are în medie o temperatură de 4 °C. În adâncuri, temperaturile depășesc rar 3 °C și scad până la -1.8 °C. Piesele din care este făcută structura vehiculelor subacvatice sunt uneori din materiale diferite (ex. plastic-metal), care la temperaturi scăzute se contractă în ritmuri diferite. Astfel, îmbinările acestora, mai ales dacă este vorba de părți mobile, reprezintă o provocare suplimentară de design.

Cum arată fundul oceanului?

Fundul oceanului se referă la porțiunea de scoarță terestră deasupra căreia se găsește apa oceanică. Acesta are un relief variat ce s-a format în principal datorită expansiunii și subducției plăcilor tectonice, și mai puțin ca urmare a acțiunii mareelor, curenților oceanici și valurilor. Plăcile tectonice sunt așezate ca un puzzle sferic ce plutește pe mantaua topită a Pământului. Curenții de convecție din manta mișcă foarte lent plăcile tectonice. Când acestea converg, o placă poate să alunece pe sub cealaltă, cauzând cutremure, ducând la formarea de vulcani sau fose, iar când acestea se depărtează una de cealaltă, magma iese printre ele și formează rifturi, vulcani submarini, și așa-numitele guri hidrotermale (“gheizere subacvatice” care scuipă apă încălzită de magma Pământului împreună cu diverse minerale).

Fig. 4 – Treptele reliefului marin – Sursă: NOAA Office of Education

Relieful oceanic se compune din mai multe trepte (Fig. 4):

Platforma continentală (șelful) este o prelungire a regiunii litoralului și are aspectul unei câmpii cu înclinare foarte lină. Reprezintă practic prispa sau pragul inundat al continentului și are adâncimi de până la 200 de metri;
Panta continentală sau povârnișul continental este o porțiune foarte abruptă ce face trecerea de la scoarța continentală la cea oceanică;
Regiunea pelagică (platoul sau câmpiile abisale) are o pantă lină și cuprinde 70% din suprafața fundului oceanic, fiind practic “fundul adevarat al oceanului”. Deși se numesc câmpii, nu este o regiune complet plată, întâlnindu-se numeroase forme de relief suprapuse: dorsale submarine, rifturi și vulcani submarini;
Regiunea abisală (sau fosele abisale) prezintă depresiuni adânci sau gropi abisale, au adâncimi de 6 până la 11 kilometri (Groapa Marianelor) și cuprind aproximativ 1% din suprafața Oceanului Planetar.

Cum s-au adaptat animalele din adâncuri pentru a supraviețui?

Adâncurile oceanelor reprezintă medii extreme, caracterizate prin: presiune înaltă, absența luminii solare, temperaturi reduse, hrană puțină, concentrație mai mică a oxigenului. Toate acestea ar fi letale peștilor din apele de suprafață. Peștii de mare adancime au dezvoltat anumite abilități ce le-au favorizat supraviețuirea în aceste condiții particulare. În aplicația Deep Sea ID, lansată de Muzeul Național de Istorie din Londra, puteți să parcurgeți o galerie de fotografii cu o varietate de specii de mare adancime.

În principiu, peștii au calitatea de a pluti, denumită flotabilitate. Forțele ce acționează asupra peștelui pentru a-l scufunda sunt aproximativ egale cu forțele care fac peștele să plutească, ceea ce înseamnă ca flotabilitatea lor este neutră. Densitatea peștilor este mai mare decât densitatea apei, astfel că ei plutesc datorită vezicii înotătoare, un organ sub formă de sac având funcție hidrostatică. Astfel, greutatea specifică a peștelui (raportul dintre greutate și volum) este mereu în concordanță cu adâncimea la care înoată, peștele fiind practic “lipsit de greutate”, înotând cu efort minim în coloana de apă. În general, peștii din adâncuri nu au această vezică de aer sau aceasta este foarte puțin funcțională, așa că s-au adaptat în alte moduri, reducându-și densitatea țesuturilor.

La 1000 de metri adâncime, în etajul batidal, presiunea este de aproximativ 100 atm. Cu toate acestea, animalele înoată netulburate în obscuritate nesfârșită. Presiunea nu reprezintă un impediment atât de mare, pentru că animalele marine de mare adâncime sunt făcute în mare parte din apă, astfel că presiunea nu le zdrobește. Chiar și în cel mai adânc punct din ocean – Challanger Deep – există viață. Până în prezent, Pseudoliparis swirei (“Mariana snail”) este peștele găsit la cea mai mare adâncime, fiind capabil să supraviețuiască la 8000 de metri sub nivelul mării, unde presiunea este practic de aproximativ 800 de ori mai mare decât la suprafață.

Sub 200 de metri (zona mezopelagică), lumina este insuficientă pentru a susține organismele fotosintetizatoare precum plante, alge si fitoplancton. Întreaga rețea trofică din zona mezopelagică depinde de resturile organice ce “ning” dinspre suprafața apei, formate din pelete fecale, plancton, detritusuri (resturi) de plante sau animale. Aceasta este “zăpada marină” și reprezintă principala sursă de energie a acestor vietăți.

Pe fundul oceanului, pe lângă “zăpada marină”, colonii de bacterii reușesc să trăiască în jurul gurilor hidrotermale folosind chemosinteză, un proces care le permite să se “hrănească” cu mineralele scuipate din scoarța Pământului (Fig. 5). Astfel, aceste bacterii stau la baza unor lanțuri trofice unice create în jurul lor, ele fiind ulterior consumate de către vietăți mai mari cum ar fi crabi sau moluște. Unii cercetători cred că așa ar fi apărut primele forme de viață pe Pământ, în jurul unor astfel de guri hidrotermale ce permit vieții să existe fără lumină și la adâncimi foarte mari. Pentru mai multe informații despre primele animale apărute pe Pământ, puteți citi articolele Primele animale – când au apărut și cum au evoluat? precum si Dickinsonia costata – cel mai vechi animal identificat până în prezent pe DinoShop.ro.

Gură hidrotermală — Fig. 5 – *Candelabra*, o gură hidrotermală de tip “fumător negru” situată la o adâncime de 3300 de metri in oceanul Atlantic – Sursă: Universitatea din Bremen, Wikipedia

Întrucât mulți dintre peștii din adâncuri trăiesc practic în întuneric, aceștia s-au adaptat corespunzător pentru a putea localiza prada, a evita să devină pradă, a comunica, precum și în scop de împerechere. Peste 50% din peștii de mare adâncime au dezvoltat proprietăți de bioluminescență, adică pot produce lumină asemeni licuricilor. Organismele bioluminescente produc lumină fără exces de zel, prin oxidarea unei proteine denumite luciferină, consumând doar 1% din energia organismului în acest scop. Probabil că cel mai popular exemplu este “peștele-lanternă”, ce reprezintă 65% din totalul biomasei de pești de mare adâncime.

Gigantismul marin de mare adâncime

Cu cât înaintezi mai mult în adâncuri, animalele devin din ce în ce mai mari în dimensiuni și mai ciudate. Acestea tind să ajungă la dimensiuni care depăseșc speciile sinonime din apele de suprafață. Spre exemplu, isopodele din apele de suprafață rar cresc să depășească câțiva inchi, însă în adâncuri, isopodul gigantic ajunge până la jumătate de metru în lungime și 1.7 kg în greutate (Fig. 6). Fenomenul poartă numele de gigantism marin de mare adâncime sau gigantism abisal.

Fig. 6 – Isopod gigantic – Sursă: NOAA Photo Library

De ce sunt animalele din adâncuri gigantice?

Amfipod gigantic Alicella gigantea — Fig. 7 – Amfipod gigantic din specia Alicella gigantea – Autor: AlconBlue; Sursă: DeviantArt

Acest fenomen natural nu este neaparat intuitiv, pentru că ne-am aștepta ca un corp de dimensiuni mai mari să reprezinte un obstacol în calea supraviețuirii. Nu se știe exact de ce unele creaturi abisale ating dimensiuni extraordinare. Biologii marini au formulat mai multe teorii pentru a încerca să explice acest fenomen greu de studiat.

Fig. 8 – Calamar din specia Magnapinna cu brate-tentacule lungi – Sursă: NOAA Ocean Exploration

Regula lui Kleiber spune că animalele care sunt de dimensiuni mai mari tind să fie mai eficiente din punct de vedere metabolic. Astfel, o balenă având o masă de sute de ori mai mare decât a unui peștișor, are un metabolism semnificativ mai lent. Cu cât dimensiunille corpului lor sunt mai mari, cu atât raportul dintre suprafața lor și volumul lor este mai mic, asta însemnând că o fracțiune mai mică din energia generată de metabolismul animalului se disipă sub formă de căldură. O rată metabolică redusă este un avantaj important pentru animalele de mare adâncime, care trebuie să-și conserve bine energia din cauza disponibilității și calității reduse a hranei de aici.

Fig. 9 – Rechin de Groenlanda – Autor: Hemming1952, Wikipedia

Spre exemplu, în zona hadală, anumite animale denumite amfipode (Alicella gigantea – Fig. 7) s-au adaptat să folosească enzime proprii pentru a metaboliza aproape orice ajunge pe fundul oceanului (inclusiv lemnul). Aceste crustacee pot să consume zilnic detritusuri (resturi) echivalente cu până la de doua ori greutatea proprie. Alt exemplu interesant este un cefalopod ce atinge până la 8 metri lungime – “calamarul cu brate lungi” din specia Magnapinna (Fig. 8). Acesta seamănă cu o marionetă cu sfori, având brațe lungi și subțiri ce ajung până la zooplanctonul din adâncime, în timp ce restul calamarului stă mai sus camuflat în întuneric. Deși gigantismul de mare adancime tinde să afecteze nevertebratele, poate de asemenea să explice și morfologia unor viețuitoare vertebrate. Rechinul de Groenlanda aparține unui grup de rechini de mare adâncime denumiți “rechini somnoroși” (Fig. 9). Aceștia măsoară până la 7 metri lungime și au evoluat să stocheze rezerve imense de hrană în stomacele lor, putând astfel să parcurgă distanțe lungi fără să aibă nevoie să se hrănească prea des. Așa cum le spune numele, rechinii somnoroși sunt unii dintre cei mai lenți rechini din ocean, deplasându-se cu viteze de 0.3 m/s. Ei în general nu vânează activ, compensând printr-un puternic simț al mirosului, cu ajutorul căruia detectează “fulgi” de “zăpadă marină” cu care se îndoapă din abundență (va invit aici să vedeți mai exact cum arată zăpada marină). În mod remarcabil, rata metabolică redusă a acestor rechini înseamnă și o speranță de viață extinsă dramatic, ajungând la vârste de 300-400 de ani. Un exemplu particular este buretele de mare gigantic, un animal sesil care nu folosește energie pentru a se deplasa (Fig. 10). Acesta se hrănește filtrând “zăpada marină”, ajungând la dimensiuni de mărimea unei dube.

Fig. 10 – Burete de mare gigantic – Autor: J.R. Pawlik – Sursă: Wikipedia

Regula lui Bergman spune că animalele marine din mediile cu temperatură mai joasă tind să fie mai mari. Temperatura mai scăzută a habitatului se asociază atât cu creșterea în dimensiuni a celulelor acestor animale (datorită concentrației mai mari de oxigen din apele polare), precum și a duratei de viață (datorită scăderii ratei metabolice). Asta explică de ce fenomenul gigantismului este mai prevalent la poli, unde păianjenii de mare, bureții de mare și viermii de mare ating dimensiuni uriașe în comparație cu rudele lor din regiunile cu climă mai caldă. Zoologii au gasit in Oceanul Antarctic paianjeni de mare gigantici din specia Decolopoda australis, măsurând până la 60 de cm diametru (Fig. 11), în timp ce în alte zone aceeași paianjeni de mare nu depășesc 1 milimetru. Un metabolism mai lent înseamnă că animalele marine polare își desfăsoară activitatea cu încetinitorul și reamintesc faptul că apele polare sunt bogate in oxigen. Cumulativ, aceste aspecte determină un raport mai mare între oferta de oxigen și cererea de oxigen. Cu alte cuvinte, aceste animale pot să susțină prețul unui corp gigantic fără sa se îngrijoreze cu privire la consumul de oxigen pe care îl prespune. Încălzirea globală amenință pierderea acestui echilibru fragil. Polii sunt mai sensibili la schimbările de climă decât orice alt loc de pe Pământ. Pe măsură ce apa se încălzește, scade concetrația de oxigen, iar aceste animale nu își vor mai putea susține procesele metabolice. Simultan, ar putea fi martorii unui influx de viețuitoare invazive față de care nu au evoluat se apere, ce au fost ținute până acum la distanță de constrângerile frontului polar.

Fig. 11 – Paianjen de mare gigantic din specia Decalopoda australis – Sursă: Monterey Bay Aquarium Research Institute

În 1964, J. Bristol Forester a efectuat un studiu prin care a comparat 116 specii care trăiesc pe insule cu speciile sinonime de pe continent și a observat că o parte dintre viețuitoarele de pe insule au evoluat să fie mai mari – gigantism insular, în timp de altele au evoluat să fie mai mici – piticism insular. Explicația sa a fost că animalele mai mici ajung la dimensiuni mari atunci când presiunea prădătorilor este mică, iar animalele mai mari ajung la dimensiuni mai mici atunci când resursele de hrană sunt limitate.

În 1973, biologul Leigh Van Valen a formulat o regulă bazată pe studiul lui Foster, cunoscuta drept Regula Insulei. Aceasta spune că membrii unei specii ce trăiesc și evoluează pe o insulă, tind spre dimensiuni mai mari sau mai mici în funcție de resursele disponibile. Spre exemplu, țestoasele de Galapagos au trăit izolate pe insule timp de milioane de ani și sunt cele mai mari țestoase de pe Pământ.

În 2006, biologul Craig McClain a descoperit că adâncurile mării seamănă din punct de vedere funcțional cu o insulă. Astfel, la mare adâncime, resursele sunt limitate, prădătorii sunt mai puțini, viețuitoarele de aici fiind relativ izolate de restul oceanului. McClain a observat că unele moluște gasteropode regăsite la adâncime (genul Dentimargo) prezintă piticism, într-o manieră similară piticismului sau nanismului insular. Există animale care probabil au ajuns la dimensiuni atât de mari strict prin prisma lipsei de prădători capabili să se hranească cu organisme atât de mari. Spre exemplu, cașalotul este singurul prădător al calamarului gigantic. Calamarul gigantic (Architeuthis dux) este cea mai mare nevertebrată de pe Pământ, atingând o lungime de până la 13 metri (Fig. 12). Pentru mai multe informații despre gigantismul sau piticismul insular vă invităm să citiți acest articol despre insula Hațeg în perioada Cretacică pe DinoShop.ro.

Fig. 12 – Calamar gigantic din specia Architeuthis – Sursa: Encyclopedia Britannica

Concluzii

Gigantismul marin de mare adâncime demonstrează rolul selecției naturale în determinarea supraviețuirii și evoluției, și felul în care condițiile de mediu ostile (lipsa luminii, temperatura scăzută, presiunea înaltă, resursele de hrană limitate) determină cele mai eficiente adaptări pentru viață. Indiferent de mărime, evoluția selecționează cea mai bine adaptată dimensiune a corpului pentru supraviețuire.

Schimbările climatice afectează animalele oceanice mai mult decât oricare altă populație de pe Pământ. Odată cu încălzirea globală, giganții ar putea fi primii care să dispară.