浮游生物是悬浮在水中生活的生物,其移动主要受水流支配,而非依靠持续游泳来对抗水流。它们分布于海洋和淡水环境中,大小从微生物到大型水母不等。“浮游生物”描述的是一种生态生活方式,而不是单一的演化类群或分类群。浮游生物支撑水生食物网,促进营养物质循环,并影响碳在环境中的迁移。其名称源自一个意为“漫游者”或“漂流者”的希腊词。(oceanservice.noaa.gov)
主要类群
浮游植物是浮游生物中能够进行光合作用的部分。它们通过光合作用将无机碳转化为有机物,并释放氧。虽然常被描述为微小的植物,但这一类群既包括属于真核生物的藻类,也包括能够进行光合作用的细菌,尤其是蓝细菌。硅藻和甲藻是其中主要的藻类类群。由于光合作用需要光,浮游植物主要生长在有阳光照射的上层水域,这一水层的深度随水体透明度而变化。(whoi.edu)
浮游动物包括浮游生活的动物,以及从其他生物或有机物中获取食物的异养原生生物。常见例子有桡足类、磷虾、水母,以及鱼类和海洋无脊椎动物的幼体。有些摄食浮游植物,有些则捕食较小的浮游动物。因此,它们处于多个不同的摄食层次,并非性质一致的植食性类群。许多浮游动物具有游泳能力,但其水平方向的迁移仍在很大程度上由水流决定。(oceanservice.noaa.gov)
浮游微生物还包括异养细菌和古菌。它们的活动促进整个水柱中有机物和营养物质的循环。传统上将浮游生物区分为光合类群和消费者类群,但这一界限并不绝对:一些原生生物既能摄食,也能进行光合作用。例如,纤毛虫红色中缢虫(Mesodinium rubrum)能够保留从藻类猎物中获取的光合结构。这类生物体现了混合营养,即结合不同营养方式的生活策略。(whoi.edu)
生活史与大小
浮游生物的一种分类依据,是其生活史中有多大比例处于浮游状态。终生浮游生物一生都以浮游方式生活,而阶段性浮游生物仅在特定发育阶段处于浮游状态。许多海洋无脊椎动物的幼体随水漂流,随后在海底定居。鱼卵和鱼类仔稚鱼统称为鱼类浮游生物;它们的分布可以揭示产卵地点,以及幼鱼被输送至育幼区或被带离育幼区的情况。(st.nmfs.noaa.gov)
大小是另一种实用的分类依据。浮游生物群落既包含极小的微生物细胞,也包含较大的单细胞生物、小型甲壳动物和显眼的胶质动物。因此,“浮游生物”并不等同于“微小生物”。这些大小差异也会影响采样:有些光合细菌太小,常规浮游生物网无法采集,而较大的生物则需要使用不同网目尺寸的网具或直接成像方法。没有任何一种采集技术能够同样有效地覆盖整个群落。(whoi.edu)
分布与季节动态
浮游生物的丰度反映了光、营养物质供应、温度、水体环流以及其他生物摄食作用之间的相互影响。浮游植物不仅需要充足的光照,还需要氮、磷和铁等营养元素。上升流将深层富含营养物质的水带向表层,使许多沿岸地区和部分赤道海域能够维持高生产力的群落。相反,强烈的水体分层会限制表层水中营养物质的补充。(science.nasa.gov)
浮游生物暴发是指其数量在有利条件下迅速增加的现象。这类暴发往往发生在光照、水体混合和营养物质可利用性出现季节变化之后。暴发的时间对消费者很重要:鱼类仔鱼能否存活,可能取决于它们开始摄食时是否有适宜的浮游生物食物。因此,暴发时间的变化可能通过水生生态系统传递影响,但对不同生物的影响并不相同。(st.nmfs.noaa.gov)
许多浮游动物会进行昼夜垂直迁移,夜间向表层移动以摄食,白天则下沉,因为白天更容易被依靠视觉捕猎的捕食者发现。这些每日往返的活动将表层与深层群落联系起来,并通过摄食、排泄及其他生物过程输送碳。(oceanservice.noaa.gov)
生态与生物地球化学作用
光合浮游生物贡献了全球约一半的初级生产,即由无机物形成有机物的过程。这些产物为浮游动物提供食物,并通过逐级摄食关系支撑鱼类、海鸟和海洋哺乳动物。浮游微生物还会转化元素并促进其循环,使营养物质可供后续生长利用,而不是让所有有机物都作为废物积累起来。(st.nmfs.noaa.gov)
浮游生物通过生物碳泵参与碳循环。浮游植物将溶解的二氧化碳中的碳纳入活体组织。这些碳大部分在上层水域被摄食并重新进入循环,但也有一部分以死亡生物、粪粒以及被称为“海洋雪”的聚集体形式下沉。到达足够深水域的碳,可以与大气隔离数百年甚至更久。因此,表层的碳固定与长期碳储存是不同的过程。(whoi.edu)
环境变化与观测
营养物质增加可能促使浮游生物过度生长。有些藻华会耗尽水中的氧,某些物种则会产生毒素;这类现象称为有害藻华。并非每次藻华都会产生这些危害。浮游生物群落也会对盐度、酸度和温度的变化作出响应。有关气候变化的研究关注其丰度、组成、季节性发生时间,以及与消费者之间相互作用的变化。(whoi.edu)
科学家利用网具、水样、显微镜观察、水下成像和流式细胞术研究浮游生物。在特定深度采样,可以揭示群落如何随深度变化。卫星遥感通过测量海洋水色来估算叶绿素浓度,从而提供大范围的浮游植物分布观测。这些估算结果是对直接采样的补充,而非替代;直接采样能够提供生物种类、丰度和大小等信息。(prod-01-alb-www-oe.woc.noaa.gov)