Кораллы способны оживать после гибели
Обновлено: 18.09.2024
Cредство для счастья
Только не нужно для поправки здоровья бежать в магазин и покупать коралловые бусики. Они для этих целей не годятся! Пригодны лишь натуральные кораллы, без красителей.
Зато для профилактики носить кораллы в качестве украшений можно и нужно! Так, бусы из красных кораллов улучшат цвет лица и очистят кожу, остановят кровотечения, помогут при простуде или ангине (тем людям, кому приходится постоянно много говорить и напрягать связки, например певцам, ораторам, кораллы жизненно необходимы!). А женщинам они помогут в дни ежемесячных недомоганий, излечат от головной боли, избавят от бессонницы и нервного возбуждения.
Не зря считалось, что кораллы украшения защитят от «дурного глаза» и прогонят злых духов, они еще сохранят в семье покой и гармонию и хозяевам принесут удачу. Итальянские моряки всегда брали с собой кораллы в путь, так как верили, что они уберегут от гибели в океане. В общем, этот камень хорош для всех.
Разноцветный хищник
Несмотря на то, что коралловый полип плотояден, рифы привлекают к себе сотни видов рыб, моллюсков, водорослей. Так что, покупая украшение, не забывайте, что оно когда-то активно двигалось и поглощало пищу, а в руках вы держите обычный скелет…
Для обозначения оттенка их цвета используется огромное количество названий, однако есть 4 главных: «бычья кровь» (темно-буро-красный), самый редкий и дорогой, «сардинский коралл» (насыщенно алый), «салмон» (оранжево-красный, лососевый) и «кожа ангела» (бледно- розовый). Поскольку натуральные кораллы по-прежнему не дёшевы, а мода на них последние 2 тыс. лет не проходит, во Франции еще в 70-е годы прошлого века неким П. Жильсоном был разработан метод получения искусственных кораллов, стоимость которых в 7-10 раз меньше натуральных. Другие же изобретатели придумали метод облагораживания бесцветных кораллов путем окрашивания. Жаль, что со временем эта окраска выцветает. Например, белый бамбуковый коралл из Тасмании часто окрашивают в черный цвет нитратом серебра, а черные кораллы отбеливают в течение 3 суток перекисью водорода, чтобы придать им золотистый оттенок.
Долгожители растут медленно
Помимо того, что кораллы - хищники, они еще существа общественные. И живут не единолично, а колониями, которые так же стары, как и пирамиды: по новым исследованиям оказалось, что некоторые колонии кораллов живут свыше 4 тыс. лет!
Лондонские же ученые установили, что кораллы могут предсказывать землетрясения! Поскольку тектонические сдвиги земной коры изменяют направления роста кораллов, это позволяет «прочитать», что было много веков назад. Так оказалось, что за последние 700 лет каждые два века район восточной части Индийского океана потрясали серии землетрясений. А ученые под руководством палеоклиматолога Майкла Гейгана из Австралии тоже разработали метод датировки крупных землетрясений, используя радиоуглеродный анализ кораллов (подсчет количества изотопа углерода 13C в скелете). Гейган назвал этот метод ураново-ториевой датировкой, которая поможет предсказать возможные крупные землетрясения.
Площадь, занятая в наше время коралловыми рифами, по подсчетам разных исследователей, колеблется от 150 тыс. квадратных километров до миллионов. Основные места их распространения - Карибское море (Флорида, Багамские острова, Вест-Индия) и Индо-Тихоокеанская область, Коралловое море (Австралия).
Половым путем размножаются только одиночные кораллы. Из оплодотворенного яйца развивается личинка (планула), покрытая ресничками. Поплавав бесхозно несколько дней, планула выбирает удобное место (раковина, камень, дно), прикрепляется к нему и … начинает бесполо почковаться, давая начало новой постройке. Благодаря этой способности многие колонии, разломанные после шторма, вскоре образуют новые постройки.
Самый значительный кризис произошел на рубеже палеозойской и мезозойской эр (около 250 млн. лет назад). Масштабная гибель произошла и в 1983 г. (за 10 лет было потеряно 10% всех рифов планеты). А в 2000-2002 гг. трагедия повторилась в центральной и южной части Тихого океана. По прогнозам ученых, в ближайшие 5 лет вымирание грозит примерно 30% современных коралловым рифам, а к 2030 г. под угрозой окажется само существование Большого Барьерного рифа.
Поскольку в атмосфере сегодня наблюдается рост концентрации углекислого газа (CO2), это ведет не только к потеплению, но и к закислению морской воды. Правда, опыты израильских биологов показали, что мягкие кораллы обладают неплохой живучестью и могут размножаться даже в экстремальных условиях, поэтому есть надежда, что грядущие экологические потрясения их не затронут.
Для сохранности рифов однажды хотели запретить рыболовство. Так, в 1983 г. в Карибском море эпидемия уничтожила популяцию морских ежей — главных поедателей водорослей на рифах. Хотя ежей тут же заменили рыбы-попугаи, но из-за того, что их активно вылавливали местные рыбаки, водоросли разрослись и преградили путь солнечному свету, а тень оказалась весьма губительной для коралловых полипов. Только у медали всегда две стороны: если рыб-попугаев станет больше, расплодятся и крупные хищные рыбы, расправляющиеся с попугаями не хуже рыбаков, и кораллы вновь могут погибнуть.
Около 15 лет назад коралловые рифы во всем мире стали погибать. Этот процесс можно было легко увидеть: рифы выцветали, теряя свою яркую окраску, живые полипы переставали расти и умирали, рифовые постройки разрушались. Масштабы гибели рифов были катастрофическими: в некоторых местах (например, на Сейшелах) погибло 90% рифов. Австралийские исследователи провели оценку современного состояния рифов в районе Сейшельских островов. Полученные данные они сравнили с характеристиками прошлых лет. Оказалось, что больше половины рифов восстанавливаются. Но не все: внушительная их часть всё же зарастает водорослями. Было подсчитано, что рифы восстанавливаются там, где поглубже, где есть подходящие места для поселения молоди и где до катастрофических событий коралловые рифы были разнообразны и сложны. Дополнительными факторами, оказывающими влияние на состояние коралловых рифов, оказались биогенное загрязнение (чем оно выше, тем больше вероятность зарастания рифов водорослями) и численность растительноядных рыб (их обилие, наоборот, препятствует зарастанию). Новое исследование рисует картину возможной естественной реставрации рифов.
В некоторых районах в середине-конце 90-х годов XX века погибло от 50% до 90% всех рифовых построек. Это происходило и в Карибском бассейне, и в Тихом океане. Вероятной причиной «коралловой катастрофы» в 1998 году считается совпадение по времени двух температурных аномалий в водах мирового океана — сильного Эль-Ниньо и явления Индоокеанского диполя (см. Indian Ocean Dipole), которое привело к резкому повышению температуры приповерхностной воды на большой площади. «Элементы» уже обращались к теме вымирания рифов, разбирая причины их бедственного состояния: слишком большая биогенная нагрузка (Кораллы гибнут из-за органических загрязнений, 05.06.2012), перелов рыбы (Ограничение рыболовства может спасти коралловые рифы, 18.01.2006), потепление и, как следствие, отторжение кораллами своих водорослей-симбионтов (Кораллы обесцвечиваются из-за утраты взаимопонимания, 29.01.2009).
Собранная Ником Грэмом (Nick Graham) из Центра изучения коралловых рифов при Университете Джеймса Кука команда морских зоологов и экологов из Австралии, Англии и Франции выполнила обобщающее исследование состояния рифов в Индо-Тихоокеанской области, или Индо-Пацифике (см. Indo-Pacific) — тропических водах Индийского океана и западной и центральной части Тихого океана. Эта работа интересна во многих аспектах, как практических, так и теоретических, но прежде всего она показывает, что происходит с рифами после массовой катастрофической гибели кораллов. Вообще, существует большое количество исследований, анализирующих причины рифовой катастрофы, но только в самое последнее время появились работы, показывающие, что же происходит с рифами сейчас, через 15-20 лет после тех событий. Исследование Грэма с коллегами как раз из таких.
Ученые вели наблюдения на рифах Сейшельских островов с 1994 года, когда рифы еще находились в отличном состоянии. В 1998 году, когда кораллы стали выцветать и умирать, в последующие годы, когда разрушилось до 90% рифовых построек, и вплоть до настоящего времени эти наблюдения продолжались. Таким образом, ученые составили динамический портрет рифов до, во время и после катастрофы (рис. 2). В первую очередь ученые обращали внимание на конкуренцию между кораллами и водорослями.
Рис. 2. Верхний ряд — сейшельские рифы до массовой гибели кораллов (1994 год). Средний ряд — «коралловая катастрофа» (началась в 1998 году), во время которой некоторые рифы сохранили свою пространственную структуру (с), а другие к 2005 году полностью ее утратили (d). Нижний ряд — ситуация в 2011 году: восстановившийся риф (e) и заросший водорослями риф (f). Фото из обсуждаемой статьи в Nature
Если коралловая постройка разрушается, то дальнейшая судьба «руин» может быть двоякой: либо там восстанавливается риф, либо всё заселяют макрофиты, которые укореняются на бывших коралловых субстратах. На водорослевых полях кораллы уже не выживают. По-видимому, там уже трудно закрепиться молодым полипам, они не могут конкурировать с водорослями.
Всего исследовали 21 риф. Методика предполагала оценивать состояние каждого рифа по набору 8-16 учетных площадок, размером примерно 7 м в диаметре. На каждой из них единообразно подсчитывались площадь, занятая рифостроителями, водорослями, численность и обилие других обитателей, в том числе разнообразие рыб. Из всех рифов 12 оказались занятыми новыми кораллами. В этих местах в конкуренции за площадь победили они, а не водоросли. Скорость восстановления кораллов на этих 12 рифах в первые 7-8 лет после катастрофической гибели была низкой, затем после 2005 года темпы восстановления быстро увеличились (рис. 3). Это ускорение ученые относят на счет достижения пороговых характеристик пополнения, необходимых для восстановления локальных поселений. Другие 9 рифов постепенно, с постоянной скоростью, зарастали водорослями, в результате чего их облик полностью изменился.
Рис. 3. Покрытие площади рифа кораллами и водорослями (процент покрытой площади в зависимости от года). Горизонтальные черные метки показывают медианное значение по 21 рифу, цветные столбики вокруг них — 50% квантили: синие столбики — покрытие кораллами, красные — водорослями. Например, в 1994 году кораллами было в среднем покрыто 28% площади рифов, а водорослями — всего 1%. В 1998 году произошла массовая гибель кораллов, и покрываемая ими площадь сильно сократилась. Большее количество водорослей не должно смущать: оно отражает быстрое зарастание там, где кораллам не удалось отвоевать территорию. График из обсуждаемой статьи в Nature
Сравнивая характеристики «успешных» рифов и водорослевых поселений, ученые прикинули, какие факторы благоприятствовали восстановлению рифов. Всего учитывали 11 параметров, которые гипотетически могли этому способствовать: 1) сложность коралловых построек до гибели, 2) обилие молоди, 3) глубина поселения, 4) биогенное загрязнение, 5) биомасса растительноядных рыб и 6) их разнообразие, 7) численность морских ежей, 8) количество ветвящихся кораллов, 9) волновой режим, 10) охранный статус рифа, 11) субстрат. Из всех этих факторов первые пять на 97% определяют вероятность выживания рифов, причем первые три из них самые эффективные: сложность коралловых построек, обилие молоди, глубина поселения. Чем сложнее была постройка до начала мора, чем глубже она расположена и чем больше производит молодых полипов, тем вероятнее реставрация рифа. Другие два фактора — биогенная нагрузка и обилие растительноядных рыб — действуют в противоположных направлениях: чем больше питательных веществ, тем больше вероятность зарастания рифов водорослями, однако растительноядные рыбы сдерживают водорослевую интервенцию. Нужно отметить, что охрана рифов слабо помогала реабилитации рифов.
12 рифов из 21 — это много или мало? Стоит ли радоваться любителям подводных экскурсий и экологам? Пока трудно предсказать дальнейшую судьбу рифов, но, по крайней мере, полученная информация внушает доверие. Это результат дотошного и многолетнего исследования. Кроме того, нужно принять к сведению опубликованные данные по другим рифам. Они также свидетельствуют если не о полном, то хотя бы о локальном возрождении рифов (рис. 4). Это означает, что рифовая экосистема способна к самовосстановлению. Если, конечно, сильно не мешать этому процессу.
Рис. 4. Восстановление локального рифа на западном берегу Австралийского побережья. Цветные полосы показывают соотношение покрывающих риф донных организмов (по правой шкале): оттенки синего — разные виды твердых кораллов, оранжевый — мягкие кораллы, зеленый — губки и макрофиты, розовый — мелкозернистый дёрн и кораллиновые водоросли (Coralline alga). Вертикальная красная линия — момент резкого вымирания кораллов на рифе. Пунктиром показана плотность рыбного населения рифа (левая шкала). Изображение из статьи J. P. Gilmour et al., 2013. Recovery of an Isolated Coral Reef System Following Severe Disturbance
Источник: N. A. J. Graham, S. Jennings, M. A. MacNeil, D. Mouillot, S. K. Wilson. Predicting climate-driven regime shifts versus rebound potential in coral reefs // Nature. 2015. V. 518. P. 94-97.
В серии экспериментов, проведенных на кораллах Большого Барьерного pифа, был выявлен триггерный механизм, запускающий гибель кораллов. Ни толстый слой осадка, ни дефицит кислорода, ни подкисление среды сами по себе не вызывают смерти рифостроителей. Их отмирание начинается при увеличении содержания органики в воде и в осадке, а посредником этих процессов являются микробы. Богатая органикой среда служит прекрасной базой для их бурного роста, в результате снижаются содержание кислорода и рН среды. Это сочетание смертельно для кораллов. Ускорение сульфатредукции, использующей в качестве субстрата мертвые ткани, только ускоряет гибель кораллов.
Гибель кораллов — главных рифостроителей морских шельфов — всеми признанная экологическая проблема современности. Что является основной причиной этого печального процесса? Глобальное потепление? Тогда нам, царям природы, придется бессильно сложить руки. Ускоренное антропогенное осадконакопление и загрязнение? Тогда мы можем замедлить или даже предотвратить разрушение рифов. В надежде разрешить эту тревожную проблему, международная группа специалистов поставила серию экспериментов, выявляющих цепь событий, убивающих кораллы. Эксперименты проводились на отдельных участках Большого Барьерного рифа и в лабораториях Австралийского института морской биологии (Australian Institute of Marine Science) в Таунсвилле.
Известно, что гибели кораллового рифа сопутствует ряд взаимосвязанных факторов. Например, логичной представляется такая схема: заиливание влечет снижение освещенности, отсюда прекращение фотосинтеза и гибель симбионтов, это вызывает кислородное голодание коралла, повышение количества сероводорода, снижающее рН среды; в результате коралл погибает. В случае такой схемы триггером становится усиленное осаждение минерального осадка. Но можно предположить и ряд других, не менее разумных схем, в которых ключевым станет гибель симбионтов (см.: Кораллы обесцвечиваются из-за утраты взаимопонимания, «Элементы», 29.01.2009) или сероводородное заражение. Так или иначе, в продуманном эксперименте все эти схемы проверяемы, все процессы — количество кислорода, сероводорода, освещение, рН среды, активность фотосинтеза зооксантелл (коралловых симбиотических водорослей) и активность сульфатредукции — можно проконтролировать соответствующими датчиками.
Но кроме того, ученые варьировали еще один важный фактор — количество органики в воде. В прибрежных антропогенных зонах содержание органики в воде исключительно высоко и может оказаться фактором, решительно влияющим на жизнь кораллов. Собственно, именно так и считали исследователи, подготавливая эксперименты. Поэтому все опыты проводились четыре раза, каждый раз с новыми концентрациями органического вещества в воде и в осадке. В качестве органики добавляли мертвые клетки планктона.
Итак, во дворе Института морской биологии расположили несколько рядов глубоких аквариумов с циркулирующей морской водой, туда посадили кораллы, к которым прикрепили кучу оборудования. После периода адаптации в воду вылили суспензию морского мелкозернистого осадка (взяли со дна в местах обитания кораллов), подождали, пока он осядет, подсадили контрольные фрагменты кораллов и стали следить за динамикой показателей, отслеживаемых микросенсорами.
Оказалось, что органика и вправду сильно влияет на выживание кораллов. При низких ее концентрациях гибель кораллов ничтожна, активность симбионтов остается в пределах нормы. Зато повышение концентрации сразу вызывает омертвение тканей; при этом резко снижается содержание кислорода и повышается уровень сероводорода, осадок вокруг коралла подкисляется. Следовательно, повышенная концентрация органики становится главным подозреваемым в деле о гибели кораллов.
Но есть еще подозреваемые: нехватка кислорода и сероводород. Ведь они напрямую связаны с заиливанием кораллов. Поэтому в следующем опыте, поместив кораллы в темные герметичные боксы, наполненные азотом, устроили кораллам низкокислородную атмосферу. Как это ни удивительно, но в низкокислородной атмосфере кораллы вполне способны выжить и легко восстановиться после этой вроде бы убийственной процедуры. Их симбионты ничуть не снижают фотосинтетическую активность.
Чтобы нанести кораллу безвозвратный вред в бескислородных условиях, нужно еще и снизить рН хотя бы до нейтральной (нейтральной считается рН7, а рН морской воды — около 8). Сильно ускоряет этот процесс добавление в среду сероводорода: без сероводорода омертвение тканей начинается после суток экспозиции, а в его присутствии — уже через три часа. Авторы при этом подчеркивают, что уровень сероводорода при заиливании начинает повышаться уже после начала омертвения живых тканей. Это значит, что гибель кораллов служит причиной, а не следствием повышения концентрация сероводорода. Активная сульфатредукция, как было показано в специальном исследовании с радиоактивными метками, стартует после начала омертвения тканей и использует в качестве источника серы мертвые ткани коралла. В обычных условиях в стабильном бактериальном окружении естественные антибиотики коралла подавляют рост сульфатредуцирующих бактерий вокруг живой ткани, поэтому сероводородного отравления самих тканей и симбионтов не происходит.
Из этих экспериментов проясняется вполне четкая последовательность событий, приводящих к гибели кораллов. Когда в воде и осадке увеличивается содержание органики, то начинается бурный рост бактериальной микрофлоры. При этом тратится весь кислород в окружающем кораллы микропространстве, а взамен выделяются органические кислоты. В результате складываются смертельные для коралла условия и начинается омертвение тканей. На мертвых тканях мгновенно разрастаются сульфатредукторы, и выделение сероводорода ускоряет гибельные процессы — умирают или отбрасываются фотосинтетические симбионты. Само по себе заиливание не вредит кораллу, нужны микробы и пища для них. Не случайно добавление в воду антибиотика тетрациклина останавливает отмирание кораллов (см.: Hodgson G. Tetracycline reduces sedimentation damage to corals // Mar Biol. 1990. V. 104. P. 493-496).
Таким образом, коралловые рифы будут благоденствовать там, где нет антропогенной или другой по природе эвтрофикации прибрежных вод. Нужно отметить, что увеличение температуры воды, способствующее росту микрофлоры, в соответствии с этой схемой также неизбежно вызовет ускорение отмирания кораллов. Красивые рифы в традиционных зонах отдыха, видимо, обречены.
Источник: Miriam Weber, Dirk de Beer, Christian Lott, Lubos Polerecky, Katharina Kohls, Raeid M. M. Abed, Timothy G. Ferdelman, Katharina E. Fabricius. Mechanisms of damage to corals exposed to sedimentation // PNAS. Published online before print May 21, 2012.
См. также:
А. Б. Рубин. Биофизика фотосинтеза и методы экологического мониторинга, PDF, 1,3 Мб (в частности, о квантовом выходе фотосинтеза).
Рост концентрации CO2 в атмосфере ведет не только к потеплению, но и к закислению морской воды. Это грозит крупными неприятностями многим морским обитателям, скелет которых состоит из легко растворяющегося в кислой среде карбоната кальция. Вопреки ожиданиям, кораллы при повышении кислотности воды не погибают, хотя и лишаются скелета. Колонии коралловых полипов распадаются, и полипы переходят к одиночному образу жизни наподобие актиний. При восстановлении нормальной кислотности полипы снова собираются в колонии и начинают строить известковый скелет.
В истории Земли было несколько случаев, когда коралловые рифы резко сокращались в числе или даже вовсе исчезали. Самый значительный кризис такого рода произошел на рубеже палеозойской и мезозойской эр (около 250 млн лет назад). Кораллы в это время полностью исчезают из палеонтологической летописи, однако спустя несколько миллионов лет появляются вновь. Где они прятались? Палеонтологи теряются в догадках.
Не исключено, что в недалеком будущем коралловые рифы снова подвергнутся серьезному «испытанию на прочность». Рост концентрации углекислого газа в атмосфере крайне вреден для кораллов как минимум по двум причинам. Во-первых, потепление, вызванное парниковым эффектом, приводит к «побелению» кораллов — утрате ими симбиотических водорослей зооксантелл. Без симбионтов коралловым полипам крайне трудно обеспечить себя пропитанием в бедных зоопланктоном тропических водах. Во-вторых, углекислый газ, растворяясь в воде, повышает ее кислотность. Это приводит к тому, что арагонитовый скелет кораллов начинает растворяться.
Сегодня в поверхностных слоях океана pH = 8,0-8,3, что на 0,1 меньше, чем в доиндустриальную эпоху. Модели показывают, что в течение последующих 300 лет pH может снизиться до 6,6-6,9. Впрочем, коралловые рифы до этого катастрофического закисления океана не доживут: они растворятся гораздо раньше. Это, конечно, приведет к гибели уникальных коралловых экосистем. Вопрос в том, будет ли катастрофа обратимой, сумеют ли уцелеть сами рифостроящие организмы — коралловые полипы. Палеонтологическая летопись показывает, что иногда им удавалось чудесным образом «воскресать из мертвых».
До сих пор никто не пытался решить этот вопрос экспериментально. Пробел восполнили израильские биологи Маоз Файн (Maoz Fine) и Дан Чернов (Dan Tchernov). Они поместили 30 коралловых фрагментов, взятых с пяти средиземноморских рифов, в аквариум с pH = 7,3-7,6. Кораллы относились к двум видам: Oculina patagonica и Madracis pharencis. Через месяц стали заметны изменения формы полипов, через два месяца скелет колоний полностью растворился. Колония распалась, но полипы, теперь совершенно мягкие и похожие на актиний, остались прикреплены к нерастворившемуся каменному основанию, на котором раньше красовались их ажурные постройки.
Полипы не погибли и даже сохранили своих симбионтов. Более того, они подросли: средний размер полипов, лишившихся скелета, стал втрое больше, чем в контрольных колониях, содержавшихся в нормальной морской воде. Образование половых клеток (гаметогенез) в весенние и летние месяцы проходил нормально и у контрольных кораллов, и у бесскелетных. Это означает, что утрата скелета не повлияла на способность к половому размножению.
Подопытные полипы продержались в таком состоянии целый год. Когда их затем поместили в воду с нормальной кислотностью, они восстановили колонию и быстро принялись строить скелеты.
Полученные результаты хорошо объясняют периодические загадочные «исчезновения» кораллов из палеонтологической летописи — по-видимому, кораллы не исчезали, а просто временно утрачивали скелет и переставали сохраняться в ископаемом состоянии. Возможно, это было связано с колебаниями кислотности воды.
Насколько это исследование должно прибавить нам оптимизма по поводу грядущих экологических потрясений — судить читателю.
Источник: Maoz Fine, Dan Tchernov. Scleractinian Coral Species Survive and Recover from Decalcification // Science. 2007. V. 315. P. 1811.
Обесцвеченные, потерявшие симбиотические водоросли кораллы у восточного побережья Австралии восстанавливаются и возвращают цвет.
Глобальное потепление, рост температуры и загрязнение воды опасно и сильно воздействуют на океанские рифы. По неизвестной пока причине коралловые полипы при этом теряют водоросли, с которыми живут в тесном симбиозе (и которые придают им яркую расцветку). Вместе с ними они теряют важнейший источник пищи, яркую окраску и способность поддерживать фантастическое разнообразие жизни. Этот процесс развивается стремительно, грозя уже к 2040 году полностью уничтожить все рифовые экосистемы планеты. Однако, похоже, что даже после обесцвечивания сам коралл может и не погибнуть, спустя какое-то время снова вернувшись к жизни.
«Еще в апреле до 45% кораллов, за которыми ведется наблюдение, были обесцвечены, - говорит Саманта Гоэн (Samantha Goyen) из Технологического университета Сиднея. - Но сейчас практически все они демонстрируют признаки восстановления». К сожалению, речь идет лишь о кораллах у побережья Сиднея; жемчужина Мирового океана - Большой Барьерный риф - обесцвечивается намного быстрее, чем восстанавливается, по крайней мере, пока.
В связи с этим ученых особенно интересует, какие именно кораллы восстанавливаются лучше других, как протекает этот процесс и можно ли его стимулировать. По словам Гоэн и ее коллег, есть подозрения, что кораллы у побережья Сиднея оказались более устойчивыми, чем те, что образуют Большой барьерный риф, но природу этой устойчивости тоже еще предстоит выяснить.
Предполагается, что восстановление после обесцвечивания - процесс сложный, требующий времени, а главное - возвращения чистоты и температуры воды на приемлемый уровень. В Южном полушарии приближается лето, а с ним, возможно, и очередной скачок обесцвечивания.
Если глобальное потепление будет продолжаться теми же темпами, структуры коралловых рифов уменьшатся и ослабнут, что снизит защиту береговой линии от высоких волн.
Сложная структура кораллового рифа с его бесчисленными ветвлениями и углублениями сильно тормозит потоки воды и служит естественным и надежным барьером, который защищает береговую линию от волн. Однако продолжающееся обесцвечивание кораллов и гибель рифов грозят оставить берег без этой защиты. Это приведет к тому, что к концу века в некоторых районах океана высота волн, достигающих берега, увеличится вдвое. Об этом ученые пишут в статье, опубликованной журналом Science Advances.
Коралловые рифы - едва ли не самые богатые и сложные экосистемы на планете - гибнут повсеместно. Потепление и рост кислотности океанской воды вызывают исчезновение живущих в них водорослей, обесцвечивая яркие цвета кораллов и приводя к их смерти. Ученые давно бьют тревогу и для спасения Большого Барьерного рифа даже предлагается провести ему массовую «пересадку» более устойчивых полипов. В самом деле, последствия гибели кораллов могут быть весьма безрадостными.
Новые аспекты этого процесса раскрыли Дэниел Харрис (Daniel Harris) и его коллеги. Они отмечают, что сама по себе изрезанная, сложная структура рифа создает значительную силу трения для протекающей через него воды. Это рассеивает колебательную энергию и снижает высоту волн, которые достигают суши. Стрессированные кораллы не формируют таких сложных и больших рифов и не образуют такого эффектного барьера от волн.
Ученые смоделировали последствия их гибели для четырех областей океана во Французской Полинезии, пока что богатых кораллами и различающихся типичной энергией волн. Работа показала, что даже не гибель, а простое снижение размеров и сложности структуры рифа приводит к тому, что волны, проходя над ним и через него, не будут уменьшаться так заметно, как это происходит сегодня. Если потепление будет продолжаться по ожидаемому сценарию, высота достигающих берега волн в 2100 г. будет 2,4 раза больше.
А. Кораллиты, растущие в старом скелете. В. Компьютерная томография показывает, что они выросли из старого скелета, а не заново. Масштаб — 0,15 сантиметров.
D. Kersting, C. Linares / Science Advances, 2019
Биологи обнаружили, что 38 процентов колоний кораллов Cladocora caespitosa «воскресли» — они регенерировали после того, как их уже посчитали погибшими. Как сообщается в Science Advances, в мертвых известковых скелетах вырастают новые, меньшие по размеру полипы, и колония очень медленно восстанавливается.
Изменение температуры или солености воды, ее закисление, недостаток кислорода, попадание в воду химических загрязнителей или патогенных бактерий могут привести к обесцвечиванию кораллов. Так называют обратимый процесс утраты кораллами симбиотических водорослей зооксантелл из рода Symbiodinium, которые обеспечивают их питательной органикой. После этого кораллы сохраняют жизнеспособность, но резко замедляют рост. Если обесцвечивание длится долго, колонии могут погибнуть. Из-за изменения климата массовое обесцвечивание и гибель кораллов происходят по всему миру. В частности, из-за обесцвечивания погибло около 30 процентов мелководных кораллов на Большом Барьерном рифе, пострадало более 60 процентов кораллов у Мальдивских островов.
Регенерация (омоложение) поврежденных коралловых полипов описаны у ископаемых видов, в основном из отряда Rugosa. Во время регенерации полип уменьшался в размерах и формировал новый скелет, оставляя часть старой скелетной структуры за его пределами. У современных колониальных коралловых полипов, образующих известковый скелет, ученые никогда раньше не наблюдали процесс омоложения.
Первыми, кто его обнаружил, были биологи Диего Керстинг (Diego K. Kersting) из Свободного университета Берлина и Кристина Линарес (Cristina Linares) из Барселонского университета. Они на протяжении 16 лет, с 2002 по 2017 годы, наблюдали за 243 колониями кораллов Cladocora caespitosa, растущими в Средиземном море у островов Колумбретес (Испания). В последние десятилетия численность этих кораллов, эндемиков Средиземного моря, сократилась больше, чем вдвое. Сейчас они находятся в статусе вымирающего вида.
Но исследователи обнаружили, что C.caespitosa способны регенерировать. 38 процентов колоний, за которыми наблюдали авторы, стали восстанавливаться. В первые годы после гибели колоний видимых изменений не было, признаки регенерации появлялись только через несколько лет. В «мертвых» колониях внутри старых известковых скелетов появлялись чашеобразные структуры. Как и у вымерших кораллов, по размерам они были намного меньше, чем старые, и росли немного в сторону от старого скелета. Обычно расти заново начинал один полип, но в некоторых мертвых структурах авторы находили до трех новых «чашек».
Восстановление колоний коралов Cladocora caespitosa погибших в результате повышения температуры воды
Коралловые рифы начали исчезать вовсе не в последние 30-40 лет на фоне происходящих климатических изменений, а еще в 50-х годах прошлого века. К такому выводу пришли ученые, изучив многолетнюю динамику популяций кораллов Acropora palmata и Acropora cervicornis на островах и в материковых частях побережья Карибского моря. Возможными причинами таких событий исследователи называют чрезмерный вылов рыбы и попадание сельскохозяйственных удобрений в океан с поверхностными стоками. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Исчезновение коралловых рифов — одна из главных экологических проблем XXI века. Эти уникальные сообщества обладают высокой продуктивностью и обеспечивают биоразнообразие океанических экосистем, но при этом они отличаются строгими требованиями к условиям окружающей среды и чувствительны к их изменениям. Считается, что глобальная угроза для кораллов наступила с повышением температуры воздуха и закислением океанических вод излишками углекислого газа, но для этих сообществ опасно любое загрязнение окружающей среды — даже использование солнцезащитных кремов на пляжах. Живой покров рифообразующих кораллов Карибского бассейна с момента начала его экологического мониторинга в конце 1970-х годов уже сократился на 50 процентов.
Ученые под руководством Кэти Крамер (Katie L. Cramer) из государственного Университета Аризоны изучили динамику популяций кораллов Acropora palmata и Acropora cervicornis в Карибском море за период с конца плейстоцена (около 125 тысяч лет назад) по наше время (2011 год), чтобы выявить критическую точку антропогенного влияния на эти сообщества и сравнить ее с кризисами прошлых геологических эпох.
Авторы исследования изучили показатели соотношения и возраста мертвой и живой массы, доминирование и обилие видов, а также популяционную структуру Acropora palmata по данным с 629 тестовых площадок и аналогичные показатели для Acropora cervicornis 2468 площадкам. Для этого они воспользовались наблюдениями Всемирной сети мониторинга за коралловыми рифами (GCRMN) и более старыми данными правительственных докладов и рецензируемых исследований, проведенных в более чем 30 странах на территории Больших и Малых Антильских островов, Мексиканского залива и материкового побережья Центральной и Южной Америки.
История существования Acropora palmata (синий цвет) и Acropora cervicornis (оранжевый цвет) в условиях взаимной конкуренции с плейстоценовой эпохи до наших дней. В 1970-х начались болезни кораллов, которые во второй половине 1980-х усугубились их обесцвечиванием.
Австралийские ученые обследовали Большой Барьерный риф после массового обесцвечивания кораллов в 2016 году и выяснили, что в целом повреждения оказались не очень значительными, но разные части рифа по-разному отреагировали на экстремально теплую воду. Итоги большого исследования опубликованы в журнале Nature.
Стрессовые условия вроде резкого изменения температуры воды на несколько градусов, ее солености или попадания в воду загрязнителей могут приводить к обесцвечиванию кораллов: те теряют свои симбиотические водоросли, зооксантеллы рода Symbiodinium, которые снабжают их органикой и придают характерные яркие цвета. В 2016 году из-за высоких температур массовое обесцвечивание кораллов случилось в Красном море, центральной части Индийского океана, по всему Тихому океану и в Карибском море. От обесцвечивания пострадала также десятая часть всех рифов, составляющих Большой Барьерный риф, где в итоге за полгода погибло около 30 процентов кораллов. Во время эпизода обесцвечивания температура воды в северной части рифа достигала 32 градусов Цельсия.
Рик Стюарт-Смит (Rick Stuart-Smith) из университета Тасмании и его коллеги обследовали 186 точек на Большом Барьерном рифе и в Коралловом море к северо-востоку от Австралии, сравнив их состояние в 2010-2015 годах и в течение года после обесцвечивания. Они выяснили, что в 44 точках погибло более 10 процентов всех кораллов, и особенно сильно пострадали рифы северной части Кораллового моря. В одной из точек на атолле Оспри Риф у побережья австралийского штата Квинсленд погибла половина всех обитавших там кораллов, а как минимум в одном месте на юге Большого Барьерного рифа, в Суэйн-Рифс, пострадали абсолютно все кораллы, жившие там до 2016 года. Ученые подчеркивают, что обесцвечивание — обратимый процесс, и зооксантеллы могут вернуться; скорее всего, это уже произошло у значительной доли пострадавших от обесцвечивания кораллов.
Чтобы узнать, как именно на экосистемы повлиял прогрев воды и последовавшее за ним обесцвечивание кораллов, группа Стюарт-Смита изучила те точки, где и то, и другое проявилось особенно сильно. Они отмечают, что там наблюдалось значимое сокращение разнообразия видов рыб и численности рыб, питающихся кораллами.
Вместе с тем, авторы статьи подчеркивают, что основные экологические изменения, связанные с эпизодом обесцвечивания, произошли независимо от гибели кораллов и, видимо, были напрямую связаны с ростом температуры воды — это, по их мнению может объяснять, почему разные коралловые сообщества по-разному реагируют на гибель самих кораллов. Северные рифовые сообщества рыб по видовому составу стали больше похожи на южные, при этом и там, и там число видов рыб несколько снизилось. Морские ежи стали реже встречаться в северных точках и, напротив, чаще — на юге рифа. Ученые отмечают, что перемены произошли очень быстро и, скорее всего, продолжатся в ближайшее десятилетие по мере разрушения погибших кораллов.
Исследователи заключают, что разнообразие перемен, которые произошли на Большом Барьерном рифе, необходимо учитывать как в хозяйственной деятельности, так и при попытках искусственно восстанавливать рифы. «Насколько катастрофическим будет эпизод массового обесцвечивания 2016 года, пока не ясно, как не ясно и то, какими будут последствия нескольких эпизодов обесцвечивания подряд… В любом случае развитие ситуации на пострадавших рифах будет в большой мере определяться новыми структурами рифовых сообществ, которые мы наблюдали», — говорится в статье.
Вы можете посмотреть, как обесцвечиваются кораллы: в 2016 году другая группа ученых из Австралии сняла этот процесс на видео в лабораторных условиях.
На риф воздействует сразу несколько факторов: тропические ураганы; морские звезды, питающихся полипами; повышение температуры воды и загрязнение океана.
Большой Барьерный риф — самая большая в мире сеть коралловых рифов, расположенная у берегов Австралии. Однако его площадь стремительно сокращается: за минувшие три десятилетия экосистема потеряла значительную часть кораллов.
На риф воздействует сразу несколько факторов: тропические ураганы; морские звезды, питающихся полипами; повышение температуры воды и загрязнение океана. Все это приводит к обесцвечиванию кораллов, а это — признак того, что колонию покидают микроскопические водоросли, обитающие в их тканях. Такой коралл становится уязвимым и в скором времени погибает.
Однако Большой барьерный риф существует более 30 тысяч лет, и за это время климат на планете менялся неоднократно. Исследуя развитие рифа в исторической перспективе, международная группа ученых пробурила осадочные породы в 16 точках и взяла 20 образцов коралловых отложений, которые относятся к разным временным отрезкам. Затем были проведены изотопный, седиментологическийи другие анализы, и их результат позволяет иначе взглянуть на процессы, изменяющие Большой барьерный риф.
Согласно полученным данным, система рифов пережила несколько массовых вымираний кораллов, и, кроме того, она адаптировалась к изменениям уровня моря. В частности, во время ледниковых периодов уровень моря и его температура находятся на минимальных отметках (примерно на 118 метров ниже, чем сейчас), и в это время риф «отползал» к внешней границе шельфа. Но с уходом льда и ростом температуры кораллы начинали продвигаться в обратную сторону, захватывая территории, которые становились для них комфортными. Дело в том, что подъем уровня моря приводит к увеличению скорости формирования карбонатных отложений, что ухудшает качество воды, но риф научился оперативно реагировать на новые условия.
В общей сложности смена экосистем Большого барьерного рифа происходила пять раз за 30 тысяч лет.
Читайте также:
- Кормление кроликов в домашних условиях для начинающих: чем и как кормить?
- Как отличить утку от селезня, определяем пол утки с первых недель
- [Новое исследование] Морская свинка крестед: описание американской и английской породы, уход, пиитание, содержание и отзывы
- Западносибирская лайка (фото): хороший охотник и верный друг - Kot-Pes
- Смена зубов у щенков: схема смены молочных зубов, виды, прикуса, кормление щенка, особенности смены зубов у такс, шпицев, овчарок, лабрадоров, возможные осложнения