В исследовании, проведенном учеными Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, подробно рассказывается, как сокращение загрязнения питательными веществами может помочь предотвратить обесцвечивание кораллов во время умеренных волн тепла. Результаты, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, предлагают новые стратегии управления этими сильно угрожаемыми, но важными экосистемами.
Кораллы, строящие рифы, содержат в своих тканях полезные водоросли.
В обмен на защиту и азот водоросли обеспечивают коралл сахаром. Все хорошо, пока вода не станет слишком теплой.
При более высоких температурах фотосинтез водорослей ускоряется, и химический баланс между кораллами и водорослями нарушается.
В определенный момент коралл выбрасывает своего хозяина в процессе, известном как обесцвечивание. Кораллы могут какое-то время существовать без водорослей, поэтому восстановление возможно, если условия быстро вернутся к норме.
Но в отсутствие партнера коралл рано или поздно погибнет, и чем хуже будет обесцвечивание, тем вероятнее, что это произойдет.
Эксперименты в лаборатории, а также несколько небольших полевых исследований показали исследователям, что загрязнение азотом, например, от удобрений и сточных вод, может усугубить отбеливание. Избыток азота в воде может нарушить благотворное сотрудничество между кораллами и водорослями.
Однако до сих пор не было известно, имели ли место питательные вещества для обесцвечивания многих кораллов на больших площадях.
Ученые Калифорнийского университета в Санта-Барбаре решили изучить влияние азота на обесцвечивание кораллов – в масштабе всего острова – в рамках своего долгосрочного экологического исследовательского проекта на острове Муреа во Французской Полинезии.
Команда исследовала более 10 000 кораллов вокруг Муреа во время умеренной жары в 2016 году. Они изучили отдельные колонии кораллов в разных средах обитания, чтобы зафиксировать изменчивость с высоким разрешением по всему острову в целом.
Поскольку концентрация азота в морской воде естественным образом колеблется, исследователи взяли образцы у Turbinaria ornata, большой водоросли, распространенной на рифах вокруг Муреа. Это обеспечило рекордное количество азота, доступного кораллам в месяцы, предшествовавшие аномальной жаре.
«Эти отношения очень сложны», – сказала ведущий автор Мэри Донован, научный сотрудник Института морских наук при университете. "Итак, изучение их в пространственных и временных масштабах, которые соответствуют тем, что происходят в природе, имеет решающее значение для выявления этих действительно важных взаимодействий."
Команда обнаружила, что высокий уровень загрязнения азотом снижает температуру, при которой кораллы начинают обесцвечиваться.
Это также увеличило степень обесцвечивания. «По сути, это вдвое увеличивает степень обесцвечивания», – сказал Расс Шмитт, профессор кафедры экологии, эволюции и морской биологии (EEMB). Коралл обесцвечивается при экстремальных температурах, независимо от того, сколько азота было в системе, но даже небольшой избыток азота может склонить чашу весов к сильному обесцвечиванию при умеренных тепловых условиях.
Ученые изучили два наиболее распространенных типа ветвящихся кораллов на острове Муреа.
Они ожидали, что они по-разному будут реагировать на загрязнение питательными веществами, поскольку один из них более чувствителен к температурному стрессу, чем другой. Однако оба типа кораллов показали идентичную реакцию. Это свидетельствует о том, что сильное воздействие загрязнения азотом на кораллы при температурах, обычно ниже уровней, вызывающих обесцвечивание, может широко применяться ко многим видам кораллов.
По словам исследователей, изменение климата увеличило силу и частоту морских волн тепла, что увеличило интенсивность обесцвечивания. Они объяснили, что коралловые рифы находятся на переломном этапе, поэтому необходимо изучить каждую доступную стратегию, направленную на улучшение здоровья и устойчивости рифов. «Это исследование показывает, что можно принять некоторые меры на местном уровне, такие как сокращение загрязнения питательными веществами, чтобы дать рифам шанс, по крайней мере, в ближайшем будущем», – сказала соавтор Салли Холбрук, также профессор EEMB.
Исследователи планируют продолжить изучение того, как влияние загрязнения питательными веществами на обесцвечивание приводит к гибели кораллов.
Команда провела аналогичное исследование в 2019 году, когда на острове Муреа наблюдалась одна из самых высоких температур воды за всю историю наблюдений. Их выводы должны дать лучший отчет о долгосрочных последствиях загрязнения питательными веществами для экосистем коралловых рифов.
«Морские волны тепла и обесцвечивание кораллов – определяющая проблема, с которой сталкиваются коралловые рифы в 21 веке», – сказал соавтор Дерон Беркепайл, профессор EEMB. «Управление выбросами CO2 требует глобальных действий, поэтому, как экологи и защитники природы, мы также ищем рычаги, которые мы можем использовать в локальном масштабе, чтобы помочь экосистемам коралловых рифов противостоять этим глобальным стрессовым факторам, а также мы принимаем меры для решения проблемы изменения климата."