Стихийные бедствия могут опустошить регион, внезапно убив виды, формирующие структуру экосистемы. Но то, как это происходит, может повлиять на выздоровление. В то время как пожары сжигают ландшафт дотла, волна тепла оставляет за собой армию деревянных посохов. Штормовые нагоны и обесцвечивание кораллов делают нечто подобное под водой.
Ученые Калифорнийского университета в Санта-Барбаре исследовали, как эти два вида волнений могут повлиять на коралловые рифы. Они обнаружили, что кораллы больше борются за восстановление после обесцвечивания, чем от штормов, даже когда смертность между двумя событиями была одинаковой. Скелеты, оставшиеся после обесцвечивания, по-видимому, обеспечивают защиту водорослям, которые затем вытесняют медленно растущие кораллы. Исследование, проведенное докторантом Каем Копецки, опубликовано в журнале Ecology.
В большинстве мелководных кораллов живут симбиотические водоросли, которые обеспечивают животных пищей в обмен на безопасный дом и питательные вещества. Но экстремальные условия могут нарушить это расположение, заставляя кораллы вытеснять своих партнеров в процессе, известном как обесцвечивание, что часто приводит к летальному исходу.
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре изучают кораллы и их рифовые экосистемы вокруг острова Муреа во Французской Полинезии с конца 1980-х годов. Второй визит Копецки на остров совпал с крупным мероприятием по отбеливанию.
«Увидеть много ярких белых коралловых скелетов очень неприятно», — сказал он, но утешился тем, что рифы острова в прошлом оказались удивительно устойчивыми.
К сожалению, на этот раз начала проявляться другая закономерность. Морские водоросли, главный конкурент кораллов за место на рифе, начали колонизировать обесцвеченные скелеты. Копецки задался вопросом, не привело ли присутствие скелетов к тому, чтобы риф стал более заселенным водорослями.
Предыдущая работа на Муреа показала, что тропические рифы могут содержать сообщества с преобладанием кораллов или морских водорослей. Эти отдельные состояния устойчивы к небольшим возмущениям, но сильное потрясение может перевернуть экосистему из одного состояния в другое в процессе, называемом гистерезисом. Как только это произойдет, риф не вернется в свое предыдущее состояние, даже если условия вернутся. Система нашла новое равновесие.
Копецки разработал математическую модель для сравнения динамики рифов после обесцвечивания, когда скелеты остаются на месте, и после шторма, который обнажает риф. Он использовал систему из пяти дифференциальных уравнений, чтобы зафиксировать переход между пустым пространством, живыми и мертвыми ветвящимися кораллами и водорослями на рифе.
Результаты были говорящими. «Тот факт, что эти скелеты остаются на рифе, приводит к совершенно иным моделям восстановления», — сказал Копецки.
Коралловые скелеты, кажется, защищают молодые водоросли от травоядных, которые в противном случае контролировали бы их. Животные не могут проникнуть во все щели, поэтому водоросли закрепляются, откуда распространяются.
Эта защита, по-видимому, не дает таких же преимуществ для молодых кораллов. Авторы подозревают, что кораллы не сталкиваются с таким сильным давлением со стороны хищников, как водоросли. Более того, водоросли могут быстро перерасти кораллы, если им дать шанс.
«Коралл буквально откладывает камень, в то время как водоросли в основном представляют собой просто быстрорастущий мягкий лиственный материал», — говорит старший автор Холли Мёллер, доцент кафедры экологии, эволюции и морской биологии.
Наращивание рифов — медленный процесс, гибель кораллов обычно уравновешивается пополнением. Новый рост включает мертвые скелеты в более крупную структуру рифа. Но обесцвечивание сразу убивает много кораллов, особенно самых старых и самых молодых, и скелеты в конечном итоге становятся хрупкими из-за эрозии. Это не прочный фундамент для молодых кораллов, на котором они могли бы строить свою жизнь.
Если мертвые скелеты мешают восстановлению кораллов, почему бы просто не удалить их?
Этот подход получает поддержку в других экосистемах. «Подумайте о предписанных пожарах или прореживании мертвых деревьев в лесах, чтобы система была более устойчивой к будущим нарушениям», — сказал Копецки.
Тем не менее, коралловые скелеты дают много преимуществ. Они образуют среду обитания для различных видов животных, и некоторые данные свидетельствуют о том, что структурная сложность рифа коррелирует с более быстрым восстановлением кораллов.
«Эффект действительно зависит от того, какова природа этой структуры», — сказал Копецки. Плотность материала, прочность и пространственное расположение влияют на динамику рифа. «Эти аспекты необходимо принять во внимание, прежде чем вы выйдете и просто начнете долбить риф отбойным молотком».
У команды есть ряд текущих экспериментов на Муреа, в том числе исследование того, как риф восстанавливается после удаления мертвых коралловых скелетов. Несколько других проверяют предположения, которые Копецки использовал для создания своей модели. Например, насколько мертвый коралл на самом деле снижает травоядность? И как скелеты влияют на рост живых кораллов?
«Исследование Кая — классический пример ценности математических моделей в экологии, — сказал Меллер. Кораллы могут жить сотни лет, а восстановление рифов может занять десятилетия. «Это просто не тот эксперимент, который можно провести реально.
«Но если у вас есть модель, — продолжила она, — и вы доверяете тому, как вы настроили эту модель, потому что вы провели другие эксперименты, тогда вы можете сделать эти прогнозы на десятилетия вперед».