биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Как предсказать будущее кораллового рифа?

[31 января, 2015 г.]

Чтобы с хорошей точностью предсказать будущее экосистемы, нужно понять, какие параметры на него влияют. Несмотря на всю сложность природных сообществ, их развитие иногда можно предсказать, зная значения лишь небольшого числа переменных. Ученые из Англии и Австралии проанализировали последствия массового вымирания коралловых рифов, после которого в некоторых рифах кораллам удается восстановить свою численность, тогда как в других рифах они почти полностью заменяются водорослями. В результате смены кораллов водорослями на месте рифа образуется совершенно другое сообщество организмов. Предсказать, изменится ли состояние рифа после массового вымирания кораллов, можно с точностью 98%, зная глубину, на которой он находится, а также сложность его рельефа.

Для жизни кораллов очень важны их симбионты — одноклеточные водоросли зооксантеллы. Коралл служит укрытием для зооксантелл и предоставляет им минеральные вещества, а водоросли синтезируют питательные вещества с помощью энергии света, к чему не способны кораллы. Хрупкое равновесие их совместной жизни может нарушиться по множеству причин. Например, из-за изменения содержания солей в морской воде или из-за недостатка кислорода, который возникает, когда сильно размножается зоопланктон. Или из-за изменений температуры воды — рифы могут «чувствовать» разницу даже в один градус Цельсия. Такие изменения могут происходить и из-за деятельности человека, и по причинам, от него не зависящим, — например, из-за осцилляций температуры поверхностного слоя воды, которые происходят с периодом от 3 до 8 лет.

Если коралл по какой-то причине теряет водоросли, он становится белым, поэтому процесс утраты жизненно важных для кораллов симбионтов называют обесцвечиванием. Если обесцвеченный коралл быстро не заселяют новые симбионты, он погибает. Последствия массовой гибели кораллов могут быть катастрофическими, потому что коралловые рифы служат укрытием и источником пищи примерно для четверти видов всех морских обитателей. Из-за эффекта домино обесцвечивание кораллов ведет в итоге к массовой гибели рыб и других морских животных, имеющих промысловое значение. Поэтому ученые давно пытались понять, какие факторы влияют на способность рифов восстанавливаться после массового вымирания кораллов. Желательно было найти параметры, которые не слишком сложно измерять, чтобы «диагностику» можно было проводить быстро и просто.

Состояние 21 кораллового рифа вблизи Сейшельских островов отслеживали в течение 17 лет, с 1994 по 2011 годы [1]. В 1998 г. произошло массовое обесцвечивание кораллов, после которого 12 рифов восстановили свою структуру, а в остальных кораллы почти полностью заместились водорослями. Если после массового обесцвечивания и вымирания доля кораллов в рифе со временем росла, такой риф относился к восстановившимся. А если кораллов становилось меньше, а доля водорослей, наоборот, росла — это означало, что состояние рифа необратимо изменилось (рис. 1). Исследователи хотели выяснить, чем восстанавливающиеся рифы отличаются от невосстанавливающихся. Для каждого рифа они измеряли значения 11 параметров, которые могли повлиять на способность рифа переживать массовую гибель кораллов. Среди исследованных факторов были: биомасса и разнообразие обитателей, характеристики рельефа, глубина, на которой находился риф и силы волн в его окрестностях. Значения пяти параметров позволяли правильно предсказать будущее рифа после массового обесцвечивания кораллов. Эти параметры таковы: глубина, на которой находится риф, его рельеф, плотность молодых кораллов, отношение углерода к азоту в листовых пластинках водорослей, а также масса рыб, питающихся растениями.

Изменчивость биоценоза коралловых рифов

Рисунок 1. Изменчивость биоценоза коралловых рифов. Верхний ряд: коралловые рифы до и после обесцвечивания кораллов. Нижний ряд: два коралловых рифа спустя 9 лет после массового обесцвечивания кораллов. Риф на левом фото сохранил структуру сообщества, в котором доминируют кораллы, а в рифе справа стали преобладать водоросли.

Плотность молодых кораллов выше определенного значения, естественно, была фактором, положительно влияющим на способности рифа восстанавливаться. Интересно, что количество личинок кораллов не отличалось между восстанавливающимися и невосстанавливающимися рифами, но в первых выживаемость личинок после «посадки» на субстрат была выше. Сложность рельефа тоже повышала способность рифа восстанавливаться, видимо, потому, что неоднородный рельеф благоприятствует увеличению видового разнообразия.

Рифы, находившиеся на глубине больше 6,6 метра, лучше восстанавливались, поскольку на такую глубину уже проникает недостаточно света, чтобы у водорослей возникало преимущество перед кораллами во время восстановления их численности после обесцвечивания. К тому же на больших глубинах яркий солнечный свет, который тоже может быть причиной обесцвечивания, меньше вредит кораллам. Также благотворный эффект большей глубины может объясняться лучшей защищенностью рифа от штормов, которые не оказывают влияния на глубинные слои воды.

Биомасса рыб, питающихся растениями, имела значение потому, что чем больше рыбы потребляют водорослей — конкурентов кораллов, тем легче кораллам восстановить прежнюю численность после массового обесцвечивания. Доминирование водорослей также зависит от количества доступного азота. Меньшее отношение содержания углерода к азоту в листовых пластинках говорило о том, что водоросли не испытывают в азоте недостатка и с большей вероятностью вытеснят кораллы после массового обесцвечивания.

Интересно, что рифы-заповедники восстанавливались не быстрее рифов, где было разрешено рыболовство. Средняя биомасса растительноядных рыб в рифах, где была разрешена рыбная ловля, была существенно ниже, чем в заповедниках, но все же достаточна, чтобы не давать водорослям вытеснить кораллы.

Поскольку собирать данные о плотности молодых кораллов или о соотношении разных химических элементов в листовых пластинках водорослей — непростые задачи, исследователи подсчитали, насколько эффективна для предсказания будущего рифа пара самых простых для оценки параметров — глубина и сложность рельефа. Оказалось, что определив значения лишь этих двух параметров, можно с 98% точностью предсказать, восстановится ли риф после массового обесцвечивания кораллов. Разброс значений исследованных параметров для Сейшел включает в себя значения для коралловых рифов по всему миру, так что выбранные параметры для быстрой «диагностики» будущего рифа после обесцвечивания могут подойти и для рифов в других частях света. Правда, пороговые значения параметров могут отличаться от найденных в этой работе, и относительные вклады факторов также могут несколько отличаться. Тем не менее для каждого отдельного рифа можно будет с хорошей точностью предсказать, насколько он чувствителен к обесцвечиванию. А благодаря этому можно будет определить более и менее предпочтительные районы для промысловой добычи морских животных, а также регионы, которые должны остаться заповедниками.

Литература

  1. Graham N.A.J., Jennings S., Macneil M.A., Mouillot D., Wilson S.K. (2015). Predicting climate-driven regime shifts versus rebound potential in coral reefs. Nature doi: 10.1038/nature14140.

Автор: Кондратенко Юлия.

Число просмотров: 126.

Вернуться в раздел «Новости»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.