Структурная сложность здорового кораллового рифа обеспечивает среду обитания для разнообразных форм жизни. Автор: Эндрю Тербер
Структурная сложность коралловых рифов создает оживленный подводный город, населенный разнообразными персонажами. По иронии судьбы, эта же сложность может препятствовать восстановлению кораллов после нарушений.
Исследователи, работающие на рифах в Муреа, Французская Полинезия, обнаружили, что сеть мертвых коралловых скелетов, оставшихся на месте в результате обесцвечивания, вызвала нарушение критических процессов, в конечном итоге не дав рифам восстановиться. Сложный ландшафт защищает водоросли от травоядных, позволяя им быстро колонизировать риф и перерасти молодые кораллы. Результаты опубликованы в журнале Global Change Biology.
Коралловые рифы — это активные экосистемы, которые постоянно меняются. Время от времени риф сотрясает более крупное возмущение, например, шторм, наплыв хищников кораллов или обесцвечивание. Хотя все это может нанести удар по экосистеме, небольшие нюансы могут радикально повлиять на восстановление рифа.
Исторически сложилось так, что тропические штормы и циклоны были самыми большими разрушителями рифов Муреа. «Они, как правило, соскребают все кораллы с рифа и оставляют после себя ровную поверхность», — сказал ведущий автор Кай Копецки, бывший докторант кафедры экологии, эволюции и морской биологии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Но обесцвечивание и хищничество набирают силу, и эти события убивают кораллы, но оставляют структуру рифа нетронутой.
Обесцвечивание происходит, когда стресс — обычно жара — заставляет кораллы изгонять симбиотические водоросли, которые обеспечивают их пищей. Кораллы могут восстановиться после этого, если условия быстро вернутся к их предпочтениям, но часто колония просто погибает, особенно при наличии других факторов стресса, таких как загрязнение.
Циклон обрушился на рифы Муреа в 2010 году. «Он уничтожил практически каждую колонию кораллов с переднего рифа», — сказал Копецки. «Но примерно через пять лет количество кораллов восстановилось до того уровня, который был до шторма».
Соавтор Эмалия Партлоу измеряет, насколько мертвые скелеты кораллов защищали водоросли от травоядных животных. Автор: Кай Копецки
Риф пережил крупное обесцвечивание в 2019 году, через год после того, как Копецки начал работать на острове. «По сути, он просто сварил и убил около половины кораллов на рифе», — вспоминает он. Но в отличие от шторма, это возмущение оставило всю мертвую коралловую структуру на месте.
Копецки и его коллеги на участке кораллового рифа Муреа заметили, что в последующие годы риф не испытал такого же замечательного восстановления. Вместо этого кораллы продолжали умирать, а макроводоросли, обычно известные как морские водоросли, начали размножаться. Копецки было интересно, как различия между двумя событиями повлияли на процессы восстановления рифа. В 2023 году он и его соавторы опубликовали математическую модель системы, и это новое полевое исследование сосредоточено на описании работающих механизмов.
«Это сочетание данных временных рядов о долгосрочных реакциях экосистем, математического моделирования и полевых экспериментов значительно обогащает наше научное понимание и способность разрабатывать практические решения», — сказал соавтор профессор Расс Шмитт, ведущий главный исследователь на участке LTER кораллового рифа Муреа.
«Многодесятилетняя направленность исследований на местах делает сеть LTER уникальной и чрезвычайно ценной в нашем быстро меняющемся мире», — сказала соруководитель LTER профессор Салли Холбрук, которая также является одним из авторов исследования.
«Текущий проект возглавлял Кай, в то время аспирант, и в нем участвовали исследователи-бакалавры Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, которые внесли важный вклад в дополнение к старшим экологам. Это яркий пример того, как проект Муреа Коралловый риф воспитывает и обучает следующее поколение ученых-экологов», — добавил Шмитт.
Исследование рифового ландшафта
Команда подготовила небольшие участки рифа, чтобы создать чистый лист для своего эксперимента. Затем они зацементировали контролируемое количество мертвых скелетов кораллов в каждом участке и заткнули здоровые молодые кораллы в риф таким образом, чтобы каждый из них можно было периодически извлекать и измерять по мере роста. Они также добавили поддоны с макроводорослями, чтобы сравнить травоядность в обесцвеченных скелетах с потреблением на открытом воздухе.
Морские водоросли могут быстро захватить риф после нарушения. Автор: Кай Копецки и др.
«Мы обнаружили, что мертвые скелеты кораллов не позволяют травоядным животным удалять макроводоросли, что способствует росту и не позволяет новым кораллам обосновываться и выживать на рифе», — сказал Копецки.
Защита скелетов мертвых кораллов теоретически может помочь молодым кораллам, если новые рекруты поселяются на рифе вскоре после обесцвечивания. К сожалению, кораллы, как правило, мечут икру только один раз в год, в то время как многие водоросли размножаются непрерывно, что дает водорослям преимущество в колонизации нового доступного субстрата.
Макроводоросли конкурируют с кораллами за пространство, свет и ресурсы. Водоросли растут быстрее кораллов, поэтому без балансирующего эффекта травоядности они могут легко заполонить риф, не давая новым кораллам селиться и затеняя те колонии, которые уже селятся. Молодые коралловые рекруты особенно уязвимы для этой конкуренции, и как только риф переходит от покрытия кораллами к покрытию водорослями, может быть трудно обратить изменения вспять, как показала группа в предыдущем исследовании.
Учет долгосрочных сдвигов
Авторы сравнили результаты своих экспериментов малого масштаба с долгосрочными данными с места, и они увидели кардинально разные траектории после разных видов нарушений. «После циклона коралловый покров на рифах резко вырос, в то время как макроводорослевый покров уменьшился», — сказал Копецки. «После обесцвечивания все было как раз наоборот».
Результаты находят контекст в концепции экологической памяти, которая рассматривает, как прошлые события могут влиять на траекторию экосистемы. Эти сдвиги могут вызывать несоответствия между тем, к чему экосистема привыкла, и тем, что она переживает в настоящее время.
«Поскольку эти режимы возмущений меняются, экологическая память также меняется», — пояснил Копецки. К сожалению, экосистема может оказаться не настолько приспособленной, чтобы справиться с новым режимом, когда после возмущения остаются огромные массивы мертвых скелетов кораллов. Это может изменить давние отношения, например, между травоядными, водорослями и кораллами.
Копецки хочет узнать, может ли удаление мертвых скелетов с рифа стимулировать восстановление кораллов или, по крайней мере, смягчить последствия обесцвечивания.
«В коралловых рифах это новая идея и стратегия», — сказал он. «Но если взглянуть на другие экосистемы — например, на предписанные выжигания в лесах для удаления мертвой древесины — люди все чаще задумываются о манипулировании мертвыми вещами в экосистемах в целях управления».
Дополнительная информация: Изменение режимов нарушений, материальное наследие и стабилизирующие обратные связи: мертвые скелеты кораллов ухудшают ключевые процессы восстановления после обесцвечивания кораллов, Global Change Biology (2024).
Информация журнала: Global Change Biology
Предоставлено Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре
