Эти гавайские кораллы могут хранить секрет выживания в условиях потепления воды

Морская тепловая волна 2019 года на Гавайях вызвала массовое обесцвечивание, но ученые выявили коралловые убежища, в которых было меньше жертв.

Отредактировано 2023-07-08
красочный полный коралловый рифНизкий уровень обесцвечивания кораллов на Гавайях, 2015 год.

Небольшие участки тропических рифов, которые сохраняются, несмотря на сильные волны морской жары, могут дать ключ к разгадке того, как защитить кораллы всего мира, говорится в новом анализе.

Ученые провели воздушную съемку гавайских рифов до и после сильной волны жары в 2019 году и обнаружили, что кораллы в некоторых местах оказались лучше, чем в соседних. В этих так называемых рефугиумах погибло на 40 процентов меньше кораллов, несмотря на схожую температуру. Их успех может объясняться рядом переменных факторов, в том числе удаленностью от населенных пунктов, сообщили исследователи 2 мая в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Мы пытаемся понять, где находятся эти [рефугиумы] и почему они там", - говорит Грег Аснер, соавтор исследования и директор Центра глобальных открытий и природоохранной науки Университета штата Аризона в Хило, Гавайи. "С точки зрения охраны природы, это крошечные точки света, как маленькие ковчеги биоразнообразия, которые уже находятся в океане и нуждаются в защите".

Изменение климата привело к тому, что в море все чаще возникают волны тепла. Длительное пребывание в таких жарких условиях представляет серьезную угрозу для кораллов. Когда окружающая вода становится слишком теплой, кораллы, испытывающие стресс, подвергаются обесцвечиванию: полезные микроскопические водоросли, обитающие в кораллах, выводятся, оставляя их призрачно-белого цвета. Если тепловая волна продолжается достаточно долго, кораллы в конечном итоге погибают.

Чтобы лучше понять, почему одни кораллы более устойчивы, чем другие, Аснер и его коллеги отслеживали смертность кораллов на площади 21 773 га (84 кв. мили) рифов, окружающих шесть Гавайских островов. Исследователи совершили облет рифов в январе 2019 года, за полгода до того, как на архипелаг обрушилась морская тепловая волна. Затем группа повторила исследование в январе 2020 года, чтобы выяснить, как кораллы перенесли возмущение.

Для анализа молекулярного состава кораллов исследователи использовали метод, называемый визуализирующей спектроскопией, что позволило им отличить живые кораллы от умерших. По словам Аснера, белки, хлорофилл и углеродные соединения, измеренные в живых кораллах и их водорослевых обитателях, отличаются друг от друга. Когда коралл умирает, он покрывается макроводорослями, которые по молекулярному составу больше похожи на наземные растения.

Большинство предыдущих исследований было посвящено обесцвеченным кораллам, говорит Аснер. Однако не все эти больные кораллы погибнут. "Нам нужно знать, где кораллы умирают, а не просто заболевают, чтобы мы могли начать разрабатывать планы по сохранению и управлению теми, кто умирает, и теми, кто выживает", - говорит он.

карта залива, на которой видны пятна оранжево-желтого и зеленого цвета, полученные с помощью спектроскопии3D-спектроскопия кораллового рифа на Гавайских островах. Более яркие цвета указывают на местоположение кораллов, погибших после обесцвечивания. Грег Аснер

После тепловой волны рифы, нанесенные на карту Аснером и его командой, потеряли в среднем 26,1 процента живых кораллов, покрыв около 6,3 процента морского дна. Воды, окружающие острова Ланаи, Гавайи и Кахолаве, которые особенно сильно пострадали от морской тепловой волны, потеряли наибольшее количество живых кораллов.

Однако исследователи также обнаружили, что рифы с более обильным коралловым покровом до наступления тепловой волны лучше переносили ее, чем рифы с более редким коралловым покровом. Возможно, эти зоны действуют как долгосрочные убежища во время тепловых волн, пишет команда. Было несколько десятков убежищ, размер которых варьировался от нескольких акров до нескольких сотен акров, говорит Аснер.

"Хорошие сценарии были в основном в незастроенных районах с очень низким уровнем загрязнения, осаждения или стоков", - говорит он. Эти кораллы, вероятно, были более здоровыми, когда наступила тепловая волна, чем кораллы на рифах вблизи жилых и сельскохозяйственных районов".

"Очистка сточных вод на Гавайях очень плохая", - говорит Аснер. "У нас много человеческих стоков - какашек и мочи - попадающих в океан в определенных районах". По его словам, остановить поток человеческих отходов, пестицидов и других загрязняющих веществ будет крайне важно для укрепления кораллов, которые не живут в защищенных убежищах.

Кроме того, некоторые убежища были расположены рядом с естественными подводными источниками, питаемыми прохладной, свежей подземной водой. "В тех местах, где эта [пресная вода] просачивалась, кораллы лучше себя чувствовали во время жары, потому что это как маленькое тепловое одеяло", - говорит Аснер. Однако, добавляет он, необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить, насколько важны эти "маленькие защитники" и как хорошо они будут противостоять все более интенсивным морским тепловым волнам в будущем.

Даже в пределах рефугиума не все кораллы выжили. "Были победители и проигравшие", - говорит Аснер. Некоторые виды, например, цветной коралл, более уязвимы к повышению температуры, чем другие. А некоторые кораллы обладают генетическими особенностями, которые делают их более выносливыми, чем другие представители их вида. Отслеживание того, какие кораллы в рефугиуме выживают после тепловых волн, может дать специалистам по охране природы ценную информацию для разведения кораллов и восстановления рифов, заключили исследователи.

Другим важным следующим шагом является выявление убежищ в рифах за пределами Гавайских островов. То, как кораллы в конкретном районе реагируют на повышение температуры, будет зависеть от местной океанической среды, от того, какие виды там обитают и с какими видами загрязнения и другими стрессовыми факторами сталкивается риф. Аснер и его команда надеются начать измерять смертность кораллов с помощью спутников следующим летом.

"Мы собираемся сделать глобальный охват в этом десятилетии или даже в первой половине этого десятилетия, но сейчас я не хочу, чтобы люди думали, что Гавайи представляют всю планету", - говорит он.

По словам Терри Хьюза, морского биолога из Центра передового опыта Австралийского исследовательского совета по изучению коралловых рифов при Университете Джеймса Кука в Таунсвилле, новые результаты повторяют некоторые закономерности, которые ученые отмечали в предыдущих воздушных съемках Большого Барьерного рифа.

"Мы также показали, что воздействие тепла... объясняет, почему в одних местах погибает больше кораллов, чем в других", - сказал Хьюз в электронном письме. "В каждом случае обесцвечивания больше кораллов гибнет там, где вода нагревается дольше всего".

Его команда также обнаружила, что некоторые виды кораллов погибали быстрее других, хотя эти различия уменьшались в более экстремальных условиях. Спектр "победитель - проигравший" наиболее заметен при сравнительно мягком обесцвечивании", - сказал Хьюз. "Даже так называемые победители несут большие потери, если температура достаточно высока".

Хьюз и его коллеги также проследили за обесцвечиванием кораллов на Большом Барьерном рифе после повторяющихся волн жары. Части северного рифа удалось избежать обесцвечивания в 1998 и 2002 годах. "Затем северная часть рифа пострадала от третьего массового обесцвечивания в 2016 году, и с тех пор снова обесцвечивалась в 2017, 2020 и 2022 годах", - сказал Хьюз. "Чтобы определить убежище, нужно посмотреть на его реакцию на тепловой стресс во время многочисленных случаев обесцвечивания, чтобы понять, удается ли этому месту постоянно избегать обесцвечивания с минимальным ущербом или вообще без него".

Он предупреждает, что еще предстоит выяснить, как вновь открытые убежища на Гавайях справятся с будущими сбоями.

"Преждевременно считать убежищем место со сравнительно меньшими потерями за один год", - сказал Хьюз. "В мире полно бывших убежищ для коралловых рифов - мест, которым сравнительно повезло в одном случае обесцвечивания, но которые оказались под ударом в последующем".