Какие факторы влияют на здоровье, рост и продуктивность гигантских водорослей? Их несколько, но, по словам исследователей из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), то, что вы видите, зависит от масштаба, в котором вы наблюдаете.
«В зависимости от вашего пространственного масштаба наблюдения - смотрите ли вы на леса ламинарии на региональном уровне или действительно оттачиваете конкретную локальную область - закономерности, которые проявляются в этих масштабах, могут указывать на разные факторы», - сказал Том Белл., научный сотрудник Института исследования Земли Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и научный сотрудник WHOI, а также ведущий автор статьи, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences. По его словам, возможность наблюдения за различными факторами продуктивности и здоровья гигантских водорослей в различных масштабах может дать более детальное и актуальное понимание того, как леса водорослей реагируют на изменение климатических условий.
Основной вид
Гигантские водоросли (Macrocystis pyrifera) - крупнейшие морские водоросли в мире. Растянувшись до более чем 100 футов в высоту, они могут быть найдены в густых участках вдоль побережья Калифорнии. Они являются домом для множества морских животных, которые полагаются на них в поисках пищи, убежища и выращивания детенышей. Люди тоже полагаются на леса водорослей для отдыха, а также для поддержки и привлечения рыбы и других морепродуктов.
«Гигантские ламинарии являются одним из основных видов и играют огромную роль в динамике лесных экосистем ламинарии», - сказал Дэвид Сигел, профессор океанографии Калифорнийского университета в Сан-Франциско и соавтор статьи. В результате, добавил он, агентства по ресурсам и природоохранные группы заинтересованы в мониторинге и управлении этими эфемерными системами с использованием новых инструментов дистанционного зондирования, разработанных в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре.
Но что контролирует изменения в пологе леса ламинарии? По словам исследователей, для того, чтобы распознать это, необходимо оценить внешние взаимодействия водорослей с окружающей средой, а также их внутренние биологические процессы, в частности старение или физическое ухудшение состояния водорослей с течением времени. По их словам, адекватная оценка как внутренних, так и внешних факторов была проблемой из-за «невозможности отслеживать как численность, так и здоровье растений в соответствующих масштабах». Полевые измерения, как правило, проводятся в отдельных областях в небольших масштабах, а отсутствие соответствующих измерений в больших непрерывных масштабах затрудняет анализ того, как окружающая среда и возрастные демографические данные влияют на популяции водорослей.
Большая картина
Используйте технологию дистанционного зондирования. Используя данные, собранные со спутника и с самолета, Белл и Сигел сосредоточились на исследовательской области площадью 4000 квадратных километров в проливе Санта-Барбара, части участка долговременных экологических исследований побережья Санта-Барбары в Санта-Барбаре. Исследователи использовали спутниковые снимки за три десятилетия, чтобы оценить биомассу полога и динамику возраста. Они также использовали повторные данные спектрометра изображений, собранные самолетом в 2013-2015 годах, для оценки отношения хлорофилла к углероду - установленного показателя физиологического состояния. К этим широким пространственным измерениям они добавили продольные, быстро повторяющиеся полевые наблюдения за здоровьем и продуктивностью ламинарии, чтобы оценить роль возраста листьев ламинарии и условий окружающей среды в динамике популяции ламинарии..
Исследователи обнаружили, что влияние разных факторов было более выраженным в разных масштабах.
«В региональном масштабе для территорий, превышающих один километр, питательные вещества морской воды были связаны с динамикой физиологического состояния водорослей», - сказал Белл. «Однако в локальных масштабах менее одного километра внутренние процессы старения, связанные с демографическими показателями возраста ламинарии, были связаны с закономерностями потери биомассы в отдельных лесах ламинарии, несмотря на одинаковые условия питания. Таким образом, на рост листьев ламинарии и закладку новых влияет региональная концентрация питательных веществ в воде. Но со временем и в небольших масштабах внутренние биологические процессы берут верх, и старые листья начинают разрушаться независимо от наличия питательных веществ.
«Мы не знали, что старение приведет к таким интересным пространственным паттернам в пологе в локальном масштабе», - сказал Белл. «Раньше считалось, что когда содержание питательных веществ в морской воде уменьшается летом, весь полог будет реагировать одинаково. Это исследование показывает, что разные части леса стареют и исчезают раньше, чем другие части, и важно понять, почему динамика питательных веществ в морской воде не всегда совпадает с динамикой водорослей». Он добавил, что хотя внутреннее мелкомасштабное явление старения является основным фактором динамики листьев ламинарии, оно не исключает влияния более крупных внешних факторов, таких как крупные волны, которые могут уничтожить весь полог.
«Существует взаимодействие между внешними факторами, контролирующими динамику популяции водорослей в проливе Санта-Барбара в больших масштабах, в то время как внутренние факторы регулируют пространственные структуры в меньших масштабах», - сказал Сигел. «Это понимание приведет к созданию более совершенных моделей того, как изменятся наши леса водорослей с учетом климатических изменений».
Между тем, использование новых и передовых технологий зондирования, таких как гиперспектральная визуализация, даст экологам «еще один инструмент в их наборе инструментов, чтобы понять, как меняются системы, будь то равнинные тропические леса или гигантские водоросли», - сказал Белл. «Это будет важнее, чем когда-либо, поскольку окружающая среда становится менее предсказуемой». Документ, по словам исследователей, предоставляет информацию для подтверждения концепции предстоящей спутниковой миссии НАСА по биологии и геологии поверхности, которая планирует использовать гиперспектральные изображения для наблюдения за земными процессами на суше и на море, а также за влиянием человеческой деятельности на планету. Окружающая среда.