La biologie marine est l’étude scientifique de la vie marine, des organismes marins. Étant donné qu’en biologie, de nombreux phylums, familles et genres ont certaines espèces qui vivent dans la mer et d’autres qui vivent sur terre, la biologie marine classe les espèces en fonction de l’environnement plutôt que de la taxonomie.

Une grande partie de la vie sur Terre vit dans l’océan. La taille exacte de cette grande proportion est inconnue, car de nombreuses espèces océaniques sont encore à découvrir. L’océan est un monde tridimensionnel complexe couvrant environ 71% de la surface de la Terre. Les habitats étudiés en biologie marine comprennent tout, des minuscules couches d’eau de surface dans lesquelles les organismes et les éléments abiotiques peuvent être piégés dans la tension de surface entre l’océan et l’atmosphère, jusqu’aux profondeurs des tranchées océaniques, parfois à 10 000 mètres ou plus sous la surface de l’océan. Les habitats spécifiques comprennent les récifs coralliens, les forêts de varech, les prairies sous-marines, les environs des monts sous-marins et des évents thermiques, les mares, les fonds boueux, sableux et rocheux, et la zone de haute mer (pélagique), où les objets solides sont rares et la surface de l’eau est la seule limite visible. Les organismes étudiés vont du phytoplancton et du zooplancton microscopiques aux énormes cétacés (baleines) de 25 à 32 mètres (82 à 105 pieds) de longueur. L’écologie marine est l’étude de la façon dont les organismes marins interagissent entre eux et avec l’environnement.

La vie marine est une vaste ressource, fournissant de la nourriture, des médicaments et des matières premières, en plus d’aider à soutenir les loisirs et le tourisme partout dans le monde. À un niveau fondamental, la vie marine aide à déterminer la nature même de notre planète. Les organismes marins contribuent de manière significative au cycle de l’oxygène et participent à la régulation du climat de la Terre. Les rivages sont en partie façonnés et protégés par la vie marine, et certains organismes marins contribuent même à créer de nouvelles terres.

De nombreuses espèces sont économiquement importantes pour l’homme, y compris les poissons et les crustacés. Il devient également de plus en plus évident que le bien-être des organismes marins et d’autres organismes est lié de manière fondamentale. Le corps humain de connaissances concernant la relation entre la vie en mer et les cycles importants se développe rapidement, de nouvelles découvertes étant faites presque tous les jours. Ces cycles incluent ceux de la matière (comme le cycle du carbone) et de l’air (comme la respiration de la Terre et le mouvement de l’énergie à travers les écosystèmes, y compris l’océan). De vastes zones sous la surface de l’océan restent encore inexplorées.

Histoire

L’étude de la biologie marine remonte à Aristote (384–322 avant JC), qui a fait de nombreuses observations de la vie dans la mer autour de Lesbos, jetant les bases de nombreuses découvertes futures. En 1768, Samuel Gottlieb Gmelin (1744–1774) a publié l’Historia Fucorum, le premier ouvrage consacré aux algues marines et le premier livre sur la biologie marine à utiliser la nouvelle nomenclature binomiale de Linné. Il comprenait des illustrations élaborées d’algues et d’algues marines sur des feuilles pliées. Le naturaliste britannique Edward Forbes (1815-1854) est généralement considéré comme le fondateur de la science de la biologie marine. Le rythme des études de biologie océanographique et marine s’est rapidement accéléré au cours du XIXe siècle.

Les observations faites dans les premières études de biologie marine ont alimenté l’âge de découverte et d’exploration qui a suivi. Pendant ce temps, une grande quantité de connaissances a été acquise sur la vie qui existe dans les océans du monde. De nombreux voyages ont contribué de manière significative à ce réservoir de connaissances. Parmi les plus significatifs se trouvent les voyages du HMS Beagle où Charles Darwin propose ses théories de l’évolution et de la formation des récifs coralliens. Une autre expédition importante a été entreprise par le HMS Challenger, où des découvertes ont été faites sur une diversité d’espèces étonnamment élevée parmi la faune, stimulant beaucoup de théories par les écologistes de la population sur la façon dont de telles variétés de vie pourraient être maintenues dans ce qui était considéré comme un environnement aussi hostile. Cette époque a été importante pour l’histoire de la biologie marine, mais les naturalistes étaient encore limités dans leurs études car ils manquaient de technologie leur permettant d’examiner adéquatement les espèces qui vivaient dans les parties profondes des océans.

La création de laboratoires marins était importante car elle permettait aux biologistes marins de mener des recherches et de traiter leurs spécimens lors d’expéditions. Le plus ancien laboratoire marin du monde, la Station biologique de Roscoff, a été créé en France en 1872. Aux États-Unis, la Scripps Institution of Oceanography remonte à 1903, tandis que le célèbre Woods Hole Oceanographic Institute a été fondé en 1930. Le développement de des technologies telles que la navigation par le son, les équipements de plongée, les submersibles et les véhicules télécommandés ont permis aux biologistes marins de découvrir et d’explorer la vie dans les océans profonds qui était autrefois considérée comme inexistante.

La vie marine

La vie microscopique

En tant qu’habitants du plus grand environnement de la Terre, les systèmes marins microbiens entraînent des changements dans chaque système mondial. Les microbes sont responsables de pratiquement toute la photosynthèse qui se produit dans l’océan, ainsi que du cycle du carbone, de l’azote, du phosphore et d’autres nutriments et oligo-éléments.

La vie microscopique sous-marine est incroyablement diversifiée et encore mal comprise. Par exemple, le rôle des virus dans les écosystèmes marins est à peine exploré, même au début du 21e siècle.

Le rôle du phytoplancton est mieux compris en raison de leur position critique en tant que producteurs primaires les plus nombreux sur Terre. Le phytoplancton est classé en cyanobactéries (également appelées algues / bactéries bleu-vert), divers types d’algues (rouge, vert, brun et jaune-vert), diatomées, dinoflagellés, euglénoïdes, coccolithophorides, cryptomonades, chrysophytes, chlorophytes, prasinophytes et silicoflagellés.

Le zooplancton a tendance à être un peu plus gros et tous ne sont pas microscopiques. De nombreux protozoaires sont du zooplancton, notamment des dinoflagellés, des zooflagellés, des foraminifères et des radiolaires. Certains d’entre eux (tels que les dinoflagellés) sont également du phytoplancton; la distinction entre les plantes et les animaux se décompose souvent dans de très petits organismes. D’autres zooplancton comprennent les cnidaires, les cténophores, les chaetognathes, les mollusques, les arthropodes, les urochordates et les annélides tels que les polychètes. De nombreux animaux plus gros commencent leur vie sous le nom de zooplancton avant de devenir suffisamment gros pour prendre leurs formes familières. Les larves de poisson et les étoiles de mer (également appelées étoiles de mer) en sont deux exemples.

Plantes et algues

Les algues et les plantes microscopiques fournissent des habitats importants pour la vie, agissant parfois comme des cachettes pour les formes larvaires de plus gros poissons et des lieux d’alimentation pour les invertébrés.

La vie des algues est répandue et très diversifiée sous l’océan. Les algues microscopiques photosynthétiques contribuent à une plus grande proportion de la production photosynthétique mondiale que toutes les forêts terrestres réunies. La majeure partie de la niche occupée par les sous-plantes terrestres est en fait occupée par des algues macroscopiques dans l’océan, telles que le sargasse et le varech, qui sont communément appelées algues qui créent des forêts de varech.

Les plantes qui survivent dans la mer se trouvent souvent dans les eaux peu profondes, comme les herbiers marins (dont la zostère marine, Zostera et l’herbe à tortue, Thalassia). Ces plantes se sont adaptées à la forte salinité du milieu océanique. La zone intertidale est également un bon endroit pour trouver des espèces végétales dans la mer, où des mangroves ou de la cordgrass ou de l’herbe de plage pourraient pousser.

Invertébrés

Comme sur terre, les invertébrés représentent une grande partie de toute vie en mer. La vie marine des invertébrés comprend les Cnidaires comme les méduses et les anémones de mer; Ctenophora; vers de mer, y compris les phylums Platyhelminthes, Nemertea, Annelida, Sipuncula, Echiura, Chaetognatha et Phoronida; Mollusques, y compris crustacés, calmars, poulpes; Arthropodes, y compris Chelicerata et Crustacea; Porifera; Bryozoa; Les échinodermes, y compris les étoiles de mer; et Urochordata, y compris les jets de mer ou les tuniciers. Les invertébrés n’ont pas de colonne vertébrale. Il existe plus d’un million d’espèces.

Champignons

Plus de 1500 espèces de champignons sont connues des milieux marins. Ceux-ci sont parasites sur les algues marines ou les animaux, ou sont des saprobes sur les algues, les coraux, les kystes de protozoaires, les herbes marines, le bois et d’autres substrats, et peuvent également être trouvés dans l’écume de mer. Les spores de nombreuses espèces ont des appendices spéciaux qui facilitent la fixation au substrat. Une gamme très diversifiée de métabolites secondaires inhabituels est produite par les champignons marins.

Vertébrés

Poisson

En 2016, 33 400 espèces de poissons, dont des poissons osseux et cartilagineux, avaient été décrites, soit plus que tous les autres vertébrés réunis. Environ 60% des espèces de poissons vivent en eau salée.

Reptiles

Les reptiles qui habitent ou fréquentent la mer comprennent les tortues de mer, les serpents de mer, les terrapins, l’iguane marin et le crocodile d’eau salée. La plupart des reptiles marins existants, à l’exception de certains serpents de mer, sont ovipares et doivent retourner sur terre pour pondre leurs œufs. Ainsi, la plupart des espèces, à l’exception des tortues marines, passent la majeure partie de leur vie sur ou près de la terre plutôt que dans l’océan. Malgré leurs adaptations marines, la plupart des serpents de mer préfèrent les eaux peu profondes à proximité des terres, autour des îles, en particulier les eaux quelque peu abritées, ainsi que près des estuaires. Certains reptiles marins disparus, comme les ichtyosaures, ont évolué pour devenir vivipares et n’avaient aucune obligation de retourner à terre.

Birds

Les oiseaux adaptés à la vie en milieu marin sont souvent appelés oiseaux de mer. Les exemples incluent l’albatros, les pingouins, les fous de Bassan et les pingouins. Bien qu’ils passent la majeure partie de leur vie dans l’océan, des espèces telles que les goélands se trouvent souvent à des milliers de kilomètres à l’intérieur des terres.

 

 

Les mammifères

Il existe cinq principaux types de mammifères marins, à savoir les cétacés (baleines à dents et baleines à fanons); les siréniens tels que les lamantins; les pinnipèdes, y compris les phoques et le morse; loutres de mer; et l’ours polaire. Tous respirent l’air, et même si certains, comme le cachalot, peuvent plonger pendant des périodes prolongées, tous doivent retourner à la surface pour respirer.

Habitats marins

Les habitats marins peuvent être divisés en habitats côtiers et océaniques. Les habitats côtiers se trouvent dans la zone qui s’étend du littoral au bord du plateau continental. La majeure partie de la vie marine se trouve dans les habitats côtiers, même si la zone du plateau n’occupe que sept pour cent de la superficie totale de l’océan. Les habitats océaniques ouverts se trouvent dans l’océan profond au-delà du bord du plateau continental. Alternativement, les habitats marins peuvent être divisés en habitats pélagiques et démersaux. Les habitats pélagiques se trouvent près de la surface ou dans la colonne d’eau libre, loin du fond de l’océan et affectés par les courants océaniques, tandis que les habitats démersaux sont proches ou au fond. Les habitats marins peuvent être modifiés par leurs habitants. Certains organismes marins, comme les coraux, le varech et les herbes marines, sont des ingénieurs de l’écosystème qui remodèlent l’environnement marin au point de créer un habitat supplémentaire pour d’autres organismes.

Intertidal et près du rivage

Les zones intertidales, les zones proches du rivage, sont constamment exposées et couvertes par les marées océaniques. Un large éventail de vie peut être trouvé dans cette zone. Les habitats côtiers s’étendent des zones intertidales supérieures à la zone où la végétation terrestre occupe une place importante. Il peut être sous l’eau de tous les jours à très rarement. De nombreuses espèces ici sont des charognards, vivant de la vie marine échouée sur le rivage. De nombreux animaux terrestres utilisent également beaucoup les habitats côtiers et intertidaux. Un sous-groupe d’organismes de cet habitat perce et broie la roche exposée au cours du processus de bioérosion.

Estuaires

Les estuaires sont également près du rivage et influencés par les marées. Un estuaire est un plan d’eau côtier partiellement fermé avec une ou plusieurs rivières ou ruisseaux qui s’y jettent et avec une connexion libre au large. Les estuaires forment une zone de transition entre les environnements fluviaux d’eau douce et les environnements maritimes d’eau salée. Ils sont soumis à la fois aux influences marines – telles que les marées, les vagues et l’afflux d’eau salée – et aux influences fluviales – telles que les écoulements d’eau douce et de sédiments. Les flux changeants de l’eau de mer et de l’eau douce fournissent des niveaux élevés de nutriments à la fois dans la colonne d’eau et dans les sédiments, faisant des estuaires l’un des habitats naturels les plus productifs au monde.

Récifs

Les récifs comprennent certains des habitats les plus denses et les plus diversifiés au monde. Les types de récifs les plus connus sont les récifs coralliens tropicaux qui existent dans la plupart des eaux tropicales; cependant, les récifs peuvent également exister en eau froide. Les récifs sont constitués de coraux et d’autres animaux qui déposent du calcium, généralement au sommet d’un affleurement rocheux au fond de l’océan. Les récifs peuvent également se développer sur d’autres surfaces, ce qui a permis de créer des récifs artificiels. Les récifs coralliens abritent également une énorme communauté de vie, y compris les coraux eux-mêmes, leurs zooxanthelles symbiotiques, les poissons tropicaux et de nombreux autres organismes.

Une grande attention en biologie marine se concentre sur les récifs coralliens et le phénomène météorologique El Niño. En 1998, les récifs coralliens ont connu les événements de blanchiment de masse les plus graves jamais enregistrés, lorsque de vastes étendues de récifs à travers le monde sont mortes parce que les températures de surface de la mer ont augmenté bien au-dessus de la normale. Certains récifs se rétablissent, mais les scientifiques affirment qu’entre 50% et 70% des récifs coralliens du monde sont désormais menacés et prédisent que le réchauffement climatique pourrait exacerber cette tendance.

Open ocean

L’océan ouvert est relativement improductif en raison d’un manque de nutriments, mais parce qu’il est si vaste, au total, il produit la productivité la plus primaire. L’océan ouvert est séparé en différentes zones, et les différentes zones ont chacune des écologies différentes. Les zones qui varient en fonction de leur profondeur comprennent les zones épipélagique, mésopélagique, bathypélagique, abyssopélagique et hadopélagique. Les zones qui varient en fonction de la quantité de lumière qu’elles reçoivent comprennent les zones photiques et aphotiques. Une grande partie de l’énergie de la zone aphotique est fournie par l’océan ouvert sous forme de détritus.

Deep sea and trenches

 

La tranchée océanique enregistrée la plus profonde mesurée à ce jour est la fosse Mariana, près des Philippines, dans l’océan Pacifique à 10 924 m (35 840 pi). À de telles profondeurs, la pression de l’eau est extrême et il n’y a pas de soleil, mais une vie existe toujours. Un poisson plat blanc, une crevette et une méduse ont été vus par l’équipage américain du bathyscaphe Trieste lorsqu’il a plongé au fond en 1960 . En général, la mer profonde est considérée comme commençant à la zone aphotique, le point où la lumière du soleil perd son pouvoir de transfert à travers l’eau. De nombreuses formes de vie qui vivent à ces profondeurs ont la capacité de créer leur propre lumière connue sous le nom de bio-luminescence. La vie marine s’épanouit également autour des monts sous-marins qui s’élèvent des profondeurs, où les poissons et autres animaux marins se rassemblent pour frayer et se nourrir. Les évents hydrothermaux le long des centres de propagation des dorsales médio-océaniques agissent comme des oasis, tout comme leurs opposés, des suintements froids. Ces endroits abritent des biomes uniques et de nombreux nouveaux microbes et autres formes de vie ont été découverts à ces endroits.

Sous-champs

L’écosystème marin est vaste et il existe donc de nombreux sous-domaines de la biologie marine. La plupart impliquent l’étude des spécialisations de groupes d’animaux particuliers, tels que la phycologie, la zoologie des invertébrés et l’ichtyologie. D’autres sous-domaines étudient les effets physiques de l’immersion continue dans l’eau de mer et l’océan en général, l’adaptation à un environnement salin et les effets du changement de diverses propriétés océaniques sur la vie marine. Un sous-domaine de la biologie marine étudie les relations entre les océans et la vie océanique, ainsi que le réchauffement climatique et les problèmes environnementaux (tels que le déplacement du dioxyde de carbone). La biotechnologie marine récente s’est principalement concentrée sur les biomolécules marines, en particulier les protéines, qui peuvent avoir des utilisations en médecine ou en génie. Les environnements marins abritent de nombreux matériaux biologiques exotiques qui peuvent inspirer des matériaux biomimétiques.

Biodiversité marine

Domaines connexes

La biologie marine est une branche de la biologie. Il est étroitement lié à l’océanographie et peut être considéré comme un sous-domaine des sciences marines. Il englobe également de nombreuses idées de l’écologie. Les sciences halieutiques et la conservation marine peuvent être considérées comme des ramifications partielles de la biologie marine (ainsi que des études environnementales). La chimie marine, l’océanographie physique et les sciences de l’atmosphère sont étroitement liées à ce domaine.

Facteurs de distribution

Un sujet de recherche actif en biologie marine est de découvrir et de cartographier les cycles de vie de diverses espèces et où elles passent leur temps. Les technologies qui facilitent cette découverte comprennent les balises d’archivage par satellite, les balises acoustiques et une variété d’autres enregistreurs de données. Les biologistes marins étudient comment les courants océaniques, les marées et de nombreux autres facteurs océaniques affectent les formes de vie des océans, y compris leur croissance, leur distribution et leur bien-être. Cela n’est devenu techniquement réalisable que récemment avec les progrès du GPS et des nouveaux appareils visuels sous-marins.

La plupart des espèces océaniques se reproduisent dans des endroits spécifiques, nichent ou non dans d’autres, passent du temps en tant que juvéniles dans d’autres encore, et en maturité dans d’autres encore. Les scientifiques savent peu de choses sur les endroits où de nombreuses espèces passent à différentes étapes de leur cycle de vie, en particulier au cours des années de nourrisson et juvénile. Par exemple, on ignore encore où les tortues marines juvéniles et certains requins de l’année 1 voyagent. Les progrès récents des dispositifs de suivi sous-marin éclairent ce que nous savons sur les organismes marins qui vivent à de grandes profondeurs océaniques. [38] Les informations que les balises d’archivage par satellite pop-up fournissent des aides à un certain moment de l’année fermetures de pêche et développement d’une zone marine protégée. Ces données sont importantes pour les scientifiques et les pêcheurs car ils découvrent qu’en restreignant la pêche commerciale dans une petite zone, ils peuvent avoir un impact important sur le maintien d’une population de poissons en bonne santé dans une zone beaucoup plus grande.

Références

Autres références

• Morrissey J and Sumich J (2011) Introduction to the Biology of Marine Life Jones & Bartlett Publishers. ISBN 9780763781606.