Marinbiologi

Marinbiologi er den vitenskapelige studiet av biologien til organismene og livet i havet.^[1] Det omfatter studier av hvilke arter som finnes i det marine miljøet, hvordan artene har utviklet seg og hvordan de lever i samspill med miljøet og hverandre, og hvordan energien i form av føde overføres fra primærprodusentene og til ulike dyregrupper. Gitt de mange dyr, planter og organismer, arter og slekter som finnes i havet, uavhengig av om arten har nære taksonomiske slektninger som lever i et annet miljø, ligger faget tett opp til andre vitenskaper, som oseanografi, kjemisk oseanografi, marin geologi, fysisk oseanografi og zoologi.

En stor andel av alt liv på jorden lever i havet. Den nøyaktige størrelsen på alt dette livet er ukjent, ettersom mange arter i havet fortsatt ikke er bli oppdaget. Havet er en kompleks tredimensjonal verden^[2] som dekker omtrent 71 % av jordens overflate. Habitatene som er studert i marinbiologi omfatter alt fra de bittesmå lagene av overflatevann der organismer og abiotiske enheter kan være fanget i overflatespenningen mellom havet og atmosfæren, til dypet av dyphavsgropene, noen ganger 10 000 meter eller mer under overflaten av havet. Særskilte habitater er blant annet estuarer ved elvemunninger, korallrev, tareskoger, enger med sjøgras, omgivelsene til undervannsfjell og hydrotermisk skorsteiner, tidevannsbassenger, mudrete, sand- og steinbunner, og det åpne hav (pelagisk sone), hvor faste enheter er sjeldne og overflaten av vann er den eneste synlige grensen. Organismene som ble studert spenner fra mikroskopisk planteplankton og dyreplankton til enorme hvaler på 25–32 meter lange. Marin økologi er læren om hvordan marine organismer samhandler med hverandre og miljøet. Alger utgjør den viktigste gruppen av primærprodusenter i havet, og gir derved grunnlaget for det rike dyrelivet. Organismene som lever i havet er helt tilpasset et liv i saltvann, og de vil ikke kunne overleve lengre tid på land. Marine organismer finnes fra fjæra og til de største dyp i verdenshavene, og i de frie vannmasser. Hovedgruppene er bakterier, alger, virvelløse dyr, fisk og marine pattedyr. Studiet av formering, levesett og bestandutvikling til kommersielt viktige fiskearter blir av og til skilt ut fra marinbiologi og kalt fiskeribiologi.

Livet i havet er en stor ressurs for mennesker, som gir mat, medisiner og råvarer, i tillegg til å bidra til å støtte rekreasjon og turisme over hele verden. På et grunnleggende nivå er livet i havet med på å bestemme naturen til planeten vår. Forholdene i havene reflekterer endringer på land, som miljøforringelse og forurensning, og den deltar i syklusen over bakken ved å produsere en stor del av oksygenet som skapninger på land puster inn. Marint liv spiller nok også en rolle ved å regulere klimaet.^[3] Kystlinjene er delvis formet og beskyttet av livet i havet, og noen marine organismer bidrar til og med med å skape nytt land.^[4]

Mange arter er økonomisk viktige for mennesker, blant annet både torsk, sild, som har vært grunnlagt for vekst i norske lokalsamfunn i mange hundre år, og ulike skalldyr som har vært viktig for fikse på de britiske øyer. Det begynner også å bli forstått at velvære for marine organismer og andre organismer henger sammen på grunnleggende måter. Den menneskelige kunnskapen om forholdet mellom liv i havet og viktige sykluser utvides raskt med nye funn som gjøres nesten hver dag. Disse syklusene omfatter karbonkretsløpet og luft (som jordens respirasjon og bevegelse av energi gjennom økosystemer som også havet er en betydelig del av). Store områder under havoverflaten er fortsatt uutforsket.

Marin biologi kan kontrasteres med biologisk oseanografi. Marint liv er et fagfelt både i marinbiologi og i biologisk oseanografi. Biologisk oseanografi er studiet av hvordan organismer påvirker og påvirkes av det oseanografiske systemets fysikk, kjemi og geologi. Biologisk oseanografi fokuserer for det meste på mikroorganismene i havet; ser på hvordan de påvirkes av miljøet og hvordan det påvirker større marine skapninger og deres økosystem.^[7]

Biologisk oseanografi ligner på marinbiologi, men den studerer havets liv fra et annet perspektiv. Biologisk oseanografi tar en nedenfra og opp tilnærming når det gjelder næringsvevet, mens marinbiologi studerer havet fra et ovenfra og ned perspektiv. Biologisk oseanografi fokuserer hovedsakelig på havets økosystem med vekt på plankton: deres mangfold (morfologi, næringskilder, bevegelighet og metabolisme); deres produktivitet og hvordan det spiller en rolle i den globale karbonsyklusen; og deres fordeling (predasjon og livssyklus).^[7][8][9] Biologisk oseanografi undersøker også rollen til mikrober i næringsvevene, og hvordan mennesker påvirker økosystemene i havene.^[7][10]

Marine habitater kan deles inn i kystnære habitater og tilsvarende i åpne hav. Kysthabitater finnes i området som strekker seg fra strandlinjen til kanten av kontinentalsokkelen. Det meste av livet i havet finnes i kysthabitater,^[11] selv om sokkelarealet kun opptar syv prosent av det totale havarealet.^[12] Åpne havhabitater finnes i dyphavet utenfor kanten av kontinentalsokkelen. Alternativt kan marine habitater deles inn i pelagiske (åpent hav)^[13] og demersale (på bunnen) habitater.^[14] Pelagiske habitater finnes nær overflaten eller i den åpne vannsøylen, vekk fra havbunnen og påvirket av havstrømmer, mens bunnhabitater er nær eller på bunnen. Marine habitater kan endres av det som lever der. Noen marine organismer, som koraller, tare og sjøgress, er rene økosystemingeniører som omformer det marine miljøet til et punkt hvor de skaper ytterligere habitat og levevilkår for andre organismer.^[15]

Tidevannssoner, eller områdene i fjæra, blir jevnlig dekket av havets tidevann. Et stort utvalg av liv kan finnes innenfor denne sonen. Habitater i fjæra spenner fra de øvre tidevannssonene til området der landvegetasjonen er framtredende. Det kan være under vann alt fra daglig til svært sjelden. Mange arter her er åtseldyr som lever av livet i havet som skylles opp på kysten.^[16] Mange landdyr gjør også mye bruk av kysten og tidevannshabitater.^[17] En undergruppe av organismer i dette habitatet borer og sliper eksponert stein gjennom prosessen med bioerosjon.^[18]

Estuarier eller elvemunninger er også nær kysten og påvirket av tidevannet. En elvemunning er et delvis lukket kystvann med en eller flere elver eller bekker som renner inn i seg og med fri forbindelse til åpent hav.^[19] Elvemunninger danner en overgangssone mellom elvemiljøer med ferskvann og saltvannsmaritime miljøer. De er utsatt både for marine påvirkninger — som tidevann, bølger og tilstrømningen av saltvann — og for påvirkninger fra elver — som strømmer av ferskvann og sediment. De skiftende strømmene av både sjøvann og ferskvann gir høye nivåer av næringsstoffer både i vannsøylen og i sedimentet, noe som gjør elvemunninger til de mest produktive naturlige habitatene i verden.^[20] Vannsøyle^[21] er et konsept brukt i oseanografi for å beskrive de fysiske (temperatur, saltholdighet, lyspenetrering) og kjemiske (pH, oppløst oksygen, næringssalter) karakteristika til sjøvann på forskjellige dyp for et definert geografisk punkt.^[22]

Korallrev (faglig betegnelse er biohermer, geologisk rev med en massiv struktur)^[23] utgjør noen av de tetteste og mest mangfoldige habitatene i verden. De mest kjente typer rev er tropiske korallrev som finnes i de fleste tropiske farvann; Rev kan imidlertid også eksistere i kaldt vann. Rev bygges opp av koraller og andre dyr som avleirer kalsium, vanligvis på toppen av et steinete utspring på havbunnen. Rev kan også vokse på andre overflater, noe som har gjort det mulig å lage kunstig rev. Korallrev støtter også et stort samfunn med mangartet liv, blant annet korallene selv, deres symbiotiske zooxantheller (en uoffisielle fellesbetegnelse for organisme som lever i symbiose med den særlige algearten zooxanthellae),^[24][25] tropiske fisker og mange andre organismer.^[26]

Mye oppmerksomhet innen marinbiologi er fokusert på korallrev og værfenomenet El Niño. I 1998 opplevde korallrevene de mest alvorlige hendelsene med massebleking^[27][28] som er registrert, da store områder med rev over hele verden døde grunnet at havoverflatens temperatur steg godt over normalen.^[29][30] Noen rev er i ferd med å komme seg, men forskere sier at mellom 50 % og 70 % av verdens korallrev nå er truet og spår at global oppvarming kan forverre denne trenden.^{[31][32][33][34]} Det samme har også skjedd siden, som i 2022.^[35][36]

Det åpne havet (eller pelagisk sone) er relativt uproduktivt på grunn av mangel på næringsstoffer, men ettersom det er så enorm, utgjør det likevel totalt den mest primære produktiviteten. Det åpne havet er delt inn i forskjellige soner, og de forskjellige sonene har hver sin økologi.^[37] Soner som varierer i henhold til deres dybde omfatter de eufotisk, mesopelagisk, batypelagisk, abyssalsk og hadopelagisk sonene. Soner som varierer med mengden lys de mottar er hovedsakelig de eufotiske og afotiske sonene. Mye av den afotiske sonens energi tilføres av det åpne havet i form av detritus (ikke-levende organisk materiale i partikkelform).^[38]

Den dypeste registrerte oseaniske gropen som er målt til dags dato er Marianergropen, nær Filippinene i Stillehavet på 10 924 m. På slike dyp er vanntrykket ekstremt og det er ikke sollys, men noe liv eksisterer likevel fortsatt.

En hvit flyndefisk, en reke og en manet ble sett av det amerikanske mannskapet på batyskaf (dypvannsfarkost) «Trieste» da den dukket ned til bunnen i 1960.^[39] Generelt anses dyphavet å begynne ved den afotiske sonen, punktet hvor sollys mister sin overføringsevne gjennom vannet.^[40] Mange livsformer som lever på disse dypet har evnen til å skape sitt eget lys kjent som bioluminescens. Marint liv blomstrer også rundt undervannsfjell som reiser seg fra dypet, der fisk og annet sjøliv samles for å gyte og mate. Hydrotermisk skorsteiner langs spredningssentrene i midten av midthavsrygger fungerer som oaser, og det samme gjør deres motsetninger, innsig eller gass-innsig som det kalles på norsk,^[41] som bobler av metangass (derav «boblerev» på dansk).^[42][43] Slike steder støtter unike biomer og mange nye mikroorganismer og andre livsformer har blitt oppdaget på disse stedene.^[44]

Utforskning av dyphavet med nedsenkbare fartøyer har avslørt en ny verden av skapninger som lever på havbunnen som forskerne ikke tidligere hadde kjente til. For eksempel detrivorer som er avhengige av organisk materiale som faller til havbunnen. En død hval som synker til bunnen av havet gir mat til en stor samling av organismer som i stor grad er avhengige av virkningene til svovelreduserende bakterier. Slike steder støtter unike biomer der mange nye mikrober og andre livsformer har blitt oppdaget.^[45]

Historien til marinbiologi kan ha begynt så tidlig som 1200 f.Kr. da fønikerne begynte seile på havet ved bruk av astronomisk navigasjon, men faktiske og systematiske undersøkelser av marinbiologi synes å begynne med den antikke greske filosofen Aristoteles (384–322 f.Kr.), som gjorde mange observasjoner av livet i havet rundt øya Lesbos, og la grunnlaget for mange framtidige funn og spørsmål.^[47]

I 1768 publiserte tyske Samuel Gottlieb Gmelin (1744–1774) Historia Fucorum (1768), det første verket dedikert til marine alger og den første boken om marinbiologi som brukte den nye binomiale nomenklaturen til den svenske naturforskeren Carl von Linné. Verket besto av forseggjorte illustrasjoner av tang og marine alger på foldede blader.^[48][49] Den britiske naturforskeren Edward Forbes (1815–1854) blir generelt sett på som grunnleggeren av vitenskapen om marin biologi.^[50]

Framgangen for oseanografiske og marinbiologiske studier akselererte raskt i løpet av 1800-tallet, men de observasjonene som ble gjort i de første studiene av marin biologi som følge av oppdagelsestiden. I løpet av denne tiden ble det oppnådd en enorm mengde kunnskap om livet som eksisterer i verdenshavene. Det begynte med utforskningen av kaptein James Cook (1728-1779) i Storbritannia på 1700-tallet. Kaptein Cook er mest kjent for sine omfattende oppdagelsesreiser for den britiske marinen. Han kartla mye av verdens ukjente farvann i løpet av den tiden seilte rundt verden to ganger, og hvor han registrerte beskrivelser av en rekke planter og dyr som da var ukjent for de fleste av menneskeheten, i alle fall i Europa. Etter Cooks undersøkelser begynte en rekke forskere en nærmere studie av livet i havet, særlig Charles Darwin (1809-1882), som til tross for at han er mest kjent for evolusjonsteorien, bidro betydelig til den tidlige studien av marinbiologi. Hans reise med skipet HMS «Beagle» var viktig ved at han kunne utforme sine teorier om evolusjon og om dannelsen av korallrev.^[51][47]

En annen viktig ekspedisjon ble foretatt av HMS «Challenger», der funn ble gjort av uventet høyt artsmangfold blant faunaen, noe som stimulerte mye teoretisering fra populasjonsøkologer om hvordan slike variasjoner av liv kunne opprettholdes i det som ble antatt å være et så fiendtlig miljø.^[52] Denne epoken var viktig for marinbiologiens historie, men naturforskere var fortsatt begrenset i studiene ettersom de manglet teknologi som gjorde det mulig for dem å undersøke arter som levde i dype deler av havene på en tilstrekkelig måte.

Opprettelsen av marine laboratorier var viktig ettersom det gjorde det mulig for marinbiologer å forske og behandle prøver fra ekspedisjoner. Det eldste marinelaboratoriet i verden, Station biologique de Roscoff, ble etablert i Bretagne i Frankrike i 1872, den gang tilknyttet Sorbonne Université.^[47] Beliggenheten gir tilgang til eksepsjonelt utvalg av biotoper, hvorav de fleste er tilgjengelige ved lavvann.^[53] I USA dateres Scripps Institution of Oceanography tilbake til 1903, mens det framtredende og private Woods Hole Oceanographic Institute ble grunnlagt i 1930.^[54]

I Norge beskrev marinbiologen Michael Sars (1805 – 1869) fra Bergen i løpet av sin produktive karriere beskrev mer enn to hundre marine arter som han hadde samlet i fjordene på Vestlandet. Sars var Norges mest betydningsfulle naturforsker i første halvdel av 1800-tallet, og grunnla landets sterke akademiske tradisjon innen havforskning.^[55] Hans navn og innsats er blitt hedret ved Michael Sars–senteret ved Universitetet i Bergen som et internasjonalt forskningsmiljø som benytter avanserte teknikker for å studere marine organismers unike biologi på molekylær og cellenivå i et skiftende miljø og driver forskning med bred samfunnseffekt.^[56]

Utviklingen av teknologi som sonar, dykkerutstyr som eksempelvis dykkerklokke, undervannsteknologi som nedsenkbare fartøyer og fjernstyrte undervannsfarkoster tillot marinbiologer å oppdage og utforske liv i dype hav som man en gang trodde ikke fantes.^[57]

• Kim, Se-Kwon (2019): Essentials of Marine Biotechnology, Springer Nature Switzerland AG, ISBN 9783030209438
• Morrissey, John; Sumich, James L.; Pinkard-Meier, Deanna R. (2016): Introduction to the Biology of Marine Life, Jones and Bartlett Publishers, Inc., ISBN 9781284090505
• Mladenov, Philip V. (februar 2020): Marine Biology: A Very Short Introduction, 2. utg. Oxford, Kort innledning online.

•  (en) Marine biology – kategori av bilder, video eller lyd på Commons
• Yrkesbeskrivelse av marinbiolog, Utdanning.no
• Smithsonian Ocean Portal
• Marine Conservation Society
• Marine Ecology - an evolutionary perspective