Merebioloogia

Merebioloogia on teadusharu, mis uurib ookeanide, merede ja teiste soolaste veekogude elusorganisme (mereelustikku). Paljude sugukondade ja perekondade ühed liigid elavad meres, teised aga maismaal. Merebioloogia huvitub nii organismide elamiskeskkonnast ehk merevees elamisest kui selle peegeldumisest organismide füsioloogias ja käitumises. Teadusharu erineb mereökoloogiast selle poolest, et uurib organisme individuaalselt, samas kui mereökoloogia keskendub organismide interaktsioonile üksteise ja ümbritseva keskkonnaga. Merebioloogia uurimisvaldkond ulatub mikroskoopilistest organismidest (nagu zooplankton ja fütoplankton, mille suurus algab 0,02 mikromeetrist ja kelle seas on suurem osa merede primaarprodutsente) kuni suurte vaalalisteni, kelle pikkus võib olla kuni 33 meetrit. Suur osa maailma elustikust elab ookeanis. Ookean on keeruline elukeskkond, mis katab umbes 71% Maa pinnast. Võrreldes maismaa pinnaga on ookeanides umbes 300 korda rohkem elamiskõlblikku ala. Merebioloogia uurib ookeanides elupaiku alates ülemistest veekihtidest, kus organismid võivad pindpinevuse tõttu lõksu jääda, kuni ookeanisügavusteni, mis jäävad rohkem kui 10 000 meetrit veepinnast allapoole. Spetsiifiliste elukeskkondade hulka kuuluvad korallrahud, pruunvetikametsad, mererohu niidud, veealuste mägede ümbrused ja hüdrotermilised lõõrid, rannikubasseinid, mudased, liivased ja kivised merepõhjad ja avamere tsoon. Maailmamere elustik on tohutult mitmekesine, seda saab kasutada toiduks, ravimitööstuses ja toormaterjalina, lisaks mängib see olulist rolli rekreatsiooni ja turismi valdkonnas. Mereorganismid annavad suure panuse hapnikuringesse ja on seotud Maa kliima regulatsiooniga. Meri ja selles elavad organismid kujundavad ja samuti ka kaitsevad rannikuid, mõned organismid aitavad kaasa uue maapinna tekkele. Mitmed mereliigid on inimestele majanduslikult tähtsad. Teadlikkus, kuidas mereelustik ja tähtsad tsüklid omavahel seotud on, on kasvamas, ning uusi teadusavastusi tehakse peaaegu iga päev, aga suured ookeanialused alad on veel siiani avastamata. Nende tähtsate tsüklite hulka kuuluvad aineringed (nagu süsinikuringe ja hapnikuringe). Aristotelest nimetatakse sageli merebioloogia kui teaduse isaks. Tema tegi esimesi viiteid mereelule, kirjeldades okasnahksete, koorikloomade, limuste ja kalade liike. Samuti oli ta esimene, kes tundis ära, et vaalalised on imetajad, ning meres elavad selgroogsed on kas ovipaarsed või vivipaarsed. Tänapäevane merebioloogia algas kapten James Cooki avastusretkedega. Oma kahe ümbermaailmareisi jooksul kaardistas ta suure osa tol ajal veel tundmata vetest. Samal ajal kirjeldas mitmeid taimi ja loomi, mis olid veel inimkonnale teadmata. Pärast Cooki rännakuid alustasid mitmed teadlased mereelustiku lähemat uurimist. Nende hulgas oli ka Charles Darwin, kes enda ekspeditsioonide jooksul HMS Beagle pardal kogus ja uuris mitmeid mereorganisme, mis ta hiljem Briti Muuseumisse kataloogimiseks saatis. Aastatel 1873–1876 toimus Briti laeva HMS Challengeri ekspeditsioon kõikidele maailma ookeanidele, mille jooksul koguti ja uuriti tuhandeid mereliike. Seetõttu viidatakse sellele merereisile, kui okeanograafia sünnile. Laev oli väga hästi varustatud ning sellega sai uurida merd sügavamalt kui kunagi varem. Eestis võib esimeseks mageveebioloogia ja merebioloogia eestvedajaks arvata Karl Ernst von Baeri. Eesti Mereinstituut loodi 3. märtsil 1992. Alates 2001. aastast on see Tartu Ülikooli koosseisus. Instituut tegeleb põhiliselt Läänemere ökosüsteemide ja funktsioneerimise uurimise ja selgitamisega. Koostööd tehakse ka mitme välisorganisatsiooniga. Eesti Merebioloogia Ühing asutati 2009. aastal. Ühingu eesmärgiks on edendada merebioloogiaga ja -teadusega seotud teadus-, arendus- ja teavitustegevust. Mere ökosüsteemi suuruse tõttu jaguneb merebioloogia mitmeteks väiksemateks valdkondadeks. Suurem osa uurib loomagruppe, nagu algoloogia, selgrootute zooloogia ja ihtüoloogia. Teised valdkonnad uurivad füüsikalisi merevee ja ookeanide omadusi, kohandumist soolasele keskkonnale ja erinevate ookeanide omaduste muutmise mõju mere-elustikule. Lisaks uuritakse suhet ookeanide ja nende elustiku vahel, globaalset soojenemist ja muid keskkonnaprobleeme. Viimasel ajal on merebiotehnoloogia üheks kesksemaks uurimissuunaks merest pärit biomolekulide, eriti proteiinide, uurimine. Nendel proteiinidel võib leida kasutust meditsiinis või tehnoloogias. Merekeskkonnast on võimalik leida mitmeid erilisi bioloogilisi materjale, mis võivad kaasa aidata biomimeetiliste materjalide loomisele. Merebioloogia on bioloogia haru ning on lähedalt seotud okeanograafia, merekeemia ja merefüüsikaga. See hõlmab ka mõnd ökoloogia ideed. Kalandusteadus ja merekeskkonna kaitse on osaliselt merebioloogiast välja kasvanud. Mereeluks kohandunud linde nimetatakse merelindudeks, näiteks albatroslased, pingviinlased, suulad ja alklased. Kuigi eelmainitud liigid veedavad suurema osa oma elust merel, võib merelinde, näiteks kajakaid, kohata ka kaugel sisemaal. Hästi tuntud kalade hulka kuuluvad sardiin, anšoovis ja klounkala. Röövkaladest on tuntud liigid hai ja barrakuuda. Uurimisobjektiks on näiteks kalade anatoomia, uuritakse kahekambrilist süda, ujupõit, kalasoomuseid, uimi ja sekretoorseid rakke, mis toodavad lima. Kalad hingavad lõpustega, omastades sel moel veest hapnikku. Uimed aitavad kaladel liikuda ning olla ujudes tasakaalus. Selgrootud moodustavad suure osa elust meres. Selgrootu mereelustiku hulka kuuluvad ainuõõssed (nagu meduusid ja korallid), mereussid (nagu lameussid ja kärssussid), kammloomad, limused (nagu karbid ja kõhtjalgsed), lülijalgsed (nagu lõugtundlased ja vähilaadsed), käsnad, sammalloomad ja okasnahksed. Mereimetajad jagunevad viide suuremasse kategooriasse. Vaalaliste hulka kuuluvad hammasvaalalised (nagu kašelott, delfiinlased, pringellased) ja kiusvaalalised (küürvaal, sinivaal). Meriveiseliste hulka kuuluvad lamantiin, dugong ja väljasurnud stelleri meriõhv Loivaliste hulka kuuluvad morsk, kõrvukhülglased (merilõvid ja merikarud) ja hülglased. Eestis elab kolm liiki loivalisi, kes kõik kuuluvad hülglaste sugukonda, need on randal, viigerhüljes ja hallhüljes. Kalaan ehk merisaarmas, kes on sugukonna kärplased liige. Jääkaru loetakse mõnikord mereimetajaks, kuna liik sõltub suuresti merest. Roomajate hulka, kes elavad või sõltuvad merest, kuuluvad merekilpkonnad, meremaod, mereiguaan ja soolaveekrokodill. Suurem osa mereroomajatest, välja arvatud osad meremadude liigid, on ovipaarsed ja lähevad maismaale munema. Niisiis veedavad paljud liigid suure osa elust maismaal või selle läheduses. Paljud meremaod eelistavad madalat vett rannikutel, saarte lähistel ja jõgede suudmetes. Osa väljasurnud mereroomajaid, nagu ihtüosaurus, arenesid vivipaarseks ning ei pidanud enam maale naasma. Merekeskkonnas elab üle 1500 liigi seeni. Nad võivad olla parasiidid vetikatel ja mereloomadel või saprotroofid vetikatel, mererohul, puidul, muudel biomaterjalidel, ning neid võib leiduda ka merevahus. Mitmete liikide eostel on spetsiaalsed väljakasvud, mis aitavad neil kinnituda substraatidele. Samuti toodavad meres elutsevad seened erinevaid ebatavalisi metaboliite. Taimestik on ookeanides laia levikuga ja liigirikas. Mikroskoopilised fotosünteetilised vetikad moodustavad suurema osa maailma fotosünteesilisest toodangust kui kõik maismaa metsad kokku. Mittevetikatest taimi, mis meres elavad, leitakse rohkem madalatest vetest. Mererohud on kohandunud ookeanikeskonna suure soolsusega, ning nende hulka kuuluvad meriheinalised, mille heaks näiteks on ka Eesti vetes kasvav pikk merihein. Eulitoraal on samuti hea piirkond, kust leiab rohkesti meretaimestikku. Seal kasvavad näiteks mangroovimetsad ja spetsiifilised kõrrelised. Mikroskoopilised vetikad ja taimed on oluliseks elukeskkonnaks selgrootutele ja suuremate kalade vastsetele, kes kasutavad neid peitumiseks ja toitumiseks. Mikroskoopiline elustik ookeanides on väga mitmekesine, kuid vähe uuritud. Näiteks on alles hakatud uurima viiruste olulisust mere ökosüsteemides. Fütoplanktoni rolli kohta teatakse rohkem, kuna see on üks suurimaid primaarproduktsiooni tootjaid Maal. Fütoplanktoni hulka kuuluvad tsüanobakterid, erinevad vetikad (rohelised, punased ja pruunid), ränivetikad, dinoflagellaadid, eugleniidid, krüptofüüdid, koldvetikad ja prasinofüüdid. Zooplankton on tavaliselt suurem kui fütoplankton ja osad liigid ei ole mikroskoopilised. Paljud ainuraksed kuuluvad zooplanktoni hulka, nagu dinoflagellaadid ja zooflagellaadid. Osad kuuluvad samal ajal ka fütoplanktonite hulka, kuna eristamine loomade ja taimede vahel ei toimi hästi väga väikeste organismide puhul. Ka osa ainuõõsste, kammloomade, harjaslõugsete, limuste, lülijalgsete ja rõngusside liike kuulub zooplanktoni hulka. Paljud suuremad loomad alustavad oma elu zooplanktonina, enne kui kasvavad piisavalt suureks, et võtta endile tuttav kuju, näiteks on kalavastsed ja meritähed. Mere elupaigad jaotatakse rannikulisteks ja avamere elupaikadeks. Rannikulisteks loetakse ala, mis ulatub rannast mandrilava lõpuni. Suuremat osa mereelust leidub just rannikualal, kuigi see moodustab ainult seitse protsenti kogu ookeanidega kaetud alast. Avamere elupaigad algavad mandrilava lõpust. Alternatiivselt võib elupaiku jagada pelagiaalseteks ja bentaalseteks. Pelagiaalsed leiduvad pinna lähedal ja avameres, merepõhjast kaugemal. Bentaalsed hõlmavad põhjapinda ja selle vahetut lähedust. Organismidele, mis nendes elavad, viitatakse vastavalt ehk on olemas pelagiaalsed organismid ja bentaalsed organismid. Pelagiaalsed elupaigad on püsivalt liikumises, üürikesed ja sõltuvad hoovustest. Mere elupaiku muudavad nende elanikud. Osad mereorganismid (nagu korallid, pruunvetikad ja meriheinad) on liigid, mis kujundavad merekeskkonda, luues lisaks elupaiku teistele organismidele. Eulitoraal on konstantselt loodete poolt avatud ja kaetud ning on koduks mitmekesisele elustikule. Ranniku elupaigad ulatuvad eulitoraali ülemisest piirist kuni piirkonnani, kus saavutab üleoleku maismaa taimkate. Need alad võivad jääda vee alla nii iga päev kui ka harvemini. Paljud liigid nendel aladel kasutavad oma elutegevuseks ära veega randa uhutud mereelustikku. Rifid moodustavad ühe tihedaima ja mitmekesiseima elupaiga maailmas. Kõige tuntumateks on troopilised korallrahud, kuigi riffe leidub ka külma veega piirkondades. Rifid on lubjarikastest korallide lademetest moodustunud pinnavorm. Need asuvad tavaliselt kivistel paljanditel merepõhjas. Rifid võivad kasvada ka teistel pindadel, mis on teinud võimalikuks kunstlike riffide loomise. Korallrifid on väga elurikkad. Seal elavad korallid ja nendega sümbioosis olevad zooksantellid, troopilised kalad ja mitmed muud organismid. Merebioloogias on just korallriffidele ja El Niño kliimanähtusele palju tähelepanu pööratud. 1998. aastal toimus üks tõsisemaid korallriffide katastroofe, kui suur ala riffe hävis, kuna vee pinnatemperatuur tõusis üle normaalse taseme. Osa riffe on taastumas, kuid teadlased arvavad, et jätkuva globaalse soojenemisega on 50–70% maailma korallriffidest väljasuremisohus. Avameri on suhteliselt väikse produktiivsusega, kuna selles on vähe toitaineid. Sellegipoolest on see suuruse tõttu suurim primaarproduktsiooni tootja. Suur osa afootse vööndi energiast annab avameri detriidi vormil. Suurimaks süvikuks on praegu Mariaani süvik, Filipiinide lähedal, Vaikses ookeanis ja selle sügavus on 10 924 meetrit. Sellistel sügavustel eksisteerib siiski elu, vaatamata äärmuslikule veerõhule ja puuduvale päiksevalgusele. Aastal 1960 süvikusse sukeldunud batüskaafi Trieste meeskond nägi põhjas valget lestalist, krevetti ja meduusi. Teiste sügavaimate süvikute hulka kuuluvad Tonga süvik (10 882 m), Filippiini süvik (10 540 m) ja Puerto Rico süvik (8 648 m). Tavaliselt loetakse süvamereks afootset tsooni, kus päiksevalgus ei suuda enam vees edasi liikuda. Sellistel sügavustel loovad osad eluvormid iseendale valgust, kasutades bioluminestsentsi. Ookeaniliste mägede ümber on rikas elustik, kus leidub hulganisti toitu ja kudemispaiku. Hüdrotermilised lõõrid, mis asuvad piki Ookeani keskahelikku, käituvad nagu veealused oaasid. Sellistes paikades on erilised bioomid ja neis elupaikades on avastatud mitmeid uusi mikroobe ning muid eluvorme. Aktiivne temaatika merebioloogias on erinevate liikide elutsüklite avastamine. Merebioloogid uurivad, kuidas hoovused, looded ja ookeanilised tegurid mõjutavad ookeanide eluvorme, nende kasvu, levikut ja heaolu. Need võimalused on tänu tehnoloogia arengule tekkinud alles lähiajal. Suurem osa ookeani elustikust sigib kindlates paikades, pesitseb juba teistes ja kasvab täiskasvanuks jällegi kolmandates paikades. Teadlased teavad veel vähe, kus erinevad liigid veedavad erinevaid osi oma elutsüklist. Näiteks on siiani suuresti teadmata, kuhu merekilpkonnad ja osa hailaadseid rändavad. Jälitusseadmed ei tööta kõikide eluvormidega ja üleüldiselt pole ookean tehnoloogiasõbralik. Rändamise ja leviku uurimine on tähtis teadlastele ja kalameestele, kuna on avastatud, et kaubandusliku kalapüügi tõkestamisel ühes väikses piirkonnas võib olla suur mõju mujal asuva suure ala kalapopulatsiooni jätkusuutlikkusele. mageveebioloogia Eesti Merebioloogia Ühing Kõiguste bioloogiajaam Foley, Jonathan A.; Karl E. Taylor, Steven J. Ghan (1991). "Planktonic dimethylsulfide and cloud albedo: An estimate of the feedback response". "7, Disturbance and Patch Dynamics on Rocky Intertidal Shores", The Ecology of Natural Disturbance and Patch Dynamics. eds. Steward T. A. Pickett & P. S. White. Academic Press. A History of the Study of Marine Biology. TÜ Mereinstituudi ajalugu. Eesti Merebioloogia Ühing. ISBN 0-448-11856-4,Stidworthy J. 1974. Snakes of the World. Grosset & Dunlap Inc. 160 pp. Sea Snakes. , Hyde, K.D.; E.B.J. Jones, E. Leaño, S.B. Pointing, A.D. Poonyth, L.L.P. Vrijmoed (1998). "Role of fungi in marine ecosystems". Biodiversity and Conservation 7 (9): 1147–1161. , Kirk, P.M., Cannon, P.F., Minter, D.W. and Stalpers, J. "Dictionary of the Fungi". Edn 10. CABI, 2008. ,Hyde, K.D.; E.B.J. Jones (1989). "Spore attachment in marine fungi". Botanica Marina 32: 205–218. , San-Martín, A.; S. Orejanera, C. Gallardo, M. Silva, J. Becerra, R. Reinoso, M.C. Chamy, K. Vergara, J. Rovirosa (2008). "Steroids from the marine fungus Geotrichum sp.". Journal of the Chilean Chemical Society 53 (1): 1377–1378. NOAA (1998) Record-breaking coral bleaching occurred in tropics this year., Press release (October 23, 1998). ICRS (1998) Statement on Global Coral Bleaching in 1997–1998. International Coral Reef Society, October 15, 1998. Bryant, D., Burke, L., McManus, J., et al. (1998) "Reefs at risk: a map–based indicator of threats to the world's coral reefs". World Resources Institute, Washington, D.C. Goreau, T. J. (1992) "Bleaching and Reef Commumity Change in Jamaica: 1951–1991". Amer. Zool. 32: 683–695. Sebens, K. P. (1994) "Biodiversity of Coral Reefs: What are We Losing and Why?" Amer Zool, 34: 115–133 Wilkinson, C. R., and Buddemeier, R. W. (1994) "Global Climate Change and Coral Reefs:Implications for People and Reefs". Report of the UNEP-IOC-ASPEI-IUCN Global Task Team on the Implications of Climate Change on Coral Reefs. IUCN, Gland, Switzerland. Eesti Merebioloogia Ühing