Историю биологических исследований в Антарктике и Субантарктике, касающуюся преимущественно моря, можно подразделить на три периода.

Наблюдения ранних экспедиций, положившие начало «каталогизации» флоры и фауны посещенных областей, носили чисто описательный характер. Собирались образцы растений и животных, иногда в очень значительном количестве, которые по возвращении экспедиции описывались специалистами. Экспедиция на «Челенджере» (1872–1874), с её подробными и очень ценными отчетами, типична для первого периода биологических наблюдений.

Главной целью исследований являлось описание морфологии организмов, их классификация и выяснение их распространения, и хотя работа в этом направлении продолжается, всё ещё остается очень многое сделать для составления исчерпывающего перечня обитателей антарктических вод.

Однако с 1925 года наметился иной подход к биологическим исследованиям, так как новые научные методы дали возможность обратить внимание на динамическую сторону жизни. В этом году был образован Британский комитет открытий и началась новая эра научных биологических работ в океане, пионерами которых были экспедиции на «Гауссе», «Метеоре» и «Дисковери II», причем последней экспедицией была проведена длительная программа исследований.

Сначала наблюдения охватывали только квадрант Фолклендских островов и касались лишь китов и китовой ловли, но после введения ловли с пловучих баз Комитет открытий распространил свою деятельность на изучение вод океанов, омывающих Антарктиду.

Макинтош (1950) рассматривает этот период деятельности Комитета открытий как переходный от экспедиционной к стационарной работе, запланированной и организованной постоянно действующими институтами. В эту конечную фазу биологическая исследовательская работа в Антарктике вступает только сейчас.

В основном биологическое изучение в Антарктике начиная с 1925 года концентрировалось на организмах, живущих в водах океана. Главным объектом работы экспедиций Комитета открытий были киты. В водах океана сосредоточены все факторы, оказывающие влияние на жизнь китов, т. е. на их распространение, миграцию и её пути, на цикл размножения, на их пищу и режим питания. Иначе говоря, изучение китов оказалось связанным с выполнением широкой программы в области физической и биологической океанографии.

Во-вторых, режим вод Южного океана носит поразительно однородный и закономерный характер. Ни одна крупная масса суши, помимо центрального антарктического континента, не оказывает влияния на циркуляцию водных масс, и благодаря этому стало возможным закартировать ряд однородных и ритмически повторяющихся черт южных океанических вод, касающихся их физического характера и динамики. Имеющиеся данные по сообществам организмов показывают для них такое же единообразие и правильность, в большинстве случаев находящиеся в строгом соответствии с физическим характером вод. Эта особенность дала возможность провести изучение распространения животных и растений, их сезонных перемещений, историю их жизни и взаимосвязей в очень широком масштабе, неизвестном для других морей мира. Южный океан представляет собой поле исследований, где изучение общих принципов морской экологии может быть проведено с успехом, и на изучение по этой линии было направлено главное внимание.

Общепризнано, что число видов организмов, населяющих антарктические воды, невелико, но что каждый вид встречается в несчетном количестве индивидуумов, тогда как в тропических водах положение до известной степени противоположно.

В море, так же как и на суше, жизнь животных зависит в большой мере от растений. Растительность открытого океана состоит из микроскопических плавающих водорослей, в совокупности называемых фитопланктоном. В присутствии солнечного света эти крохотные растеньица непосредственно используют питательные соли, растворенные в морской воде, как, например, нитраты и фосфаты.

Наблюдения, проведенные при плавании «Дисковери II», показали, что с концентрацией нитратов и фосфатов, значительно превосходящей все известные для других морских областей, связаны колоссальные массы фитопланктона в Антарктике. Эти соли присутствуют в количествах, повидимому всегда превышающих существующую в них потребность. Следствием такого обильного источника пищи является распространение в антарктических водах крупных животных.

Харди (1935) показал, что локальное распространение финвалов и голубых китов можно предсказать, исходя из относительных количеств фосфатов в воде, что и здесь имеет место замкнутый питательный цикл, начинающийся растворенными солями и кончающийся, в частности, финвалами. От фитопланктона зависит существование массы ракообразных, известных под названием «крилл», являющихся в свою очередь основной пищей некоторых видов китов в Антарктике.

В другой питательный цикл входят каракатицы; жизнь этих моллюсков зависит главным образом от фитопланктона, но они также питаются криллами и другими ракообразными. Вполне возможно, что ракообразные в антарктических, как и в других морях, составляют основную пищу каракатиц. Эти моллюски поедаются в свою очередь буревестниками, кашалотами и некоторыми тюленями.

Главной составной частью фитопланктона Антарктики являются диатомеи. Типичная холодноводная диатомовая флора распространена к югу от субтропического слияния, но в южных морях установлены сезонные колебания в её плотности. Наименьшие концентрации наблюдены для зимних месяцев и наибольшие — для летних; эти колебания, очевидно, связаны с солнечным светом. Многие антарктические диатомеи имеют очень широкое географическое распространение, вероятно вследствие их терпимости к значительным изменениям в физических особенностях вод. Харт (1937) показал, что один из их видов является биологическим индикатором южной границы субантарктических поверхностных вод. Присутствие этого вида к югу от антарктического слияния, по его мнению, является указанием на то, что недавно произошло перемешивание поверхностных вод.

Харт (1942), касаясь вопроса об антарктическом фитопланктоне, подтверждает одну из его отличительных особенностей, заключающуюся в подавляющем преобладании диатомей и незначительном количестве в его составе динофлагеллат.

Харт подразделил воды антарктической зоны на три биогеографические провинции:

1) северную, никогда не покрывающуюся паковыми льдами; сюда только ранней весной заплывают отдельные льдины;

2) промежуточную — между южной границей предыдущей области и Полярным кругом, покрытую поясом пакового льда зимой и весной и иногда свободную от него летом и поздней осенью;

3) южную, т. е. область моря к югу от Антарктического полярного круга, за исключением непосредственно прибрежных участков. Здесь пак стоит в течение всего года (кроме лета), причем новый лед начинает образовываться в марте. Антарктический планктон — животные, плавающие в антарктических водах по воле течений. В основном отличают:

1. Почти полное отсутствие личиночных форм, за исключением ракообразных.

2. Вертикальная миграция сравнительно большой длительности, характерная для главных видов, образующих зоопланктон.

3. Формы, обитающие в поверхностном слое вод, бедны видами, но богаты численностью их представителей.

4. Многие виды поднимаются к поверхности ночью и опускаются на глубину днем.

Макинтош (1937) изучил вертикальное сезонное распределение планктонных форм вдоль 80-го градуса западной долготы и, располагая достаточными данными по планктону в антарктических морях вообще, пришел к заключению, что характер циркуляции зоопланктона один и тот же во всех южных морях.

В антарктической донной (бентос) фауне обильно представлены некоторые группы животных. Фауна иглокожих здесь значительно превосходит распространение этого семейства в водах Арктики. Бертон (1932), занимавшийся изучением губок, показал, что против всех ожиданий Антарктика богата губками, — она богаче ими, чем Индийский океан, австралийские воды или Вест-Индия.