Ученые обычно прилагают все усилия, чтобы при проведении эксперимента все факторы оставались постоянными, кроме одного. Ученые, занимающиеся глобальными изменениями, могут переместить коралл с рифа в аквариум, вода в котором поддерживается на 1°C выше, чтобы проверить последствия потепления океана, предсказанного к концу века. Или они могут уменьшить pH воды на 0,4 единицы, чтобы изучить последствия закисления океана.
Но в новой обзорной статье представлены доказательства, свидетельствующие в пользу более тонкого подхода к планированию этих экспериментов, который признает и целенаправленно учитывает изменчивость, присущую природе.
Эта статья в последнем выпуске Current Climate Change Reports посвящена исследованиям, изучающим, как потепление и закисление океана могут повлиять на кораллы и кораллиновые водоросли. Ведущий автор Эмили Ривест из Института морских наук Вирджинии Уильяма и Мэри говорит, что его результаты, вероятно, также применимы к другим основным видам рифов, таким как устрицы..
«Диапазон pH и температуры, с которыми ежедневно сталкиваются некоторые организмы, превышает изменения, которые мы ожидаем увидеть в мировом океане к концу века», - отмечает Ривест, доцент VIMS. «Но на самом деле мы не знаем, как эта изменчивость влияет на их физиологию и их способность реагировать на будущие изменения. В рассмотренных нами документах предполагается, что эта изменчивость важна, и мы должны включить ее в наши эксперименты».
Действительно, растет консенсус в отношении того, что степень изменчивости температуры и pH, с которой организм сталкивается в своей текущей среде, вероятно, повлияет на его реакцию на будущее потепление и закисление. Например, коралл, растущий в лагуне позади рифа, ограниченные воды которой могут сильно нагреваться каждый день под палящим солнцем, может быть менее восприимчив к длительному потеплению, чем коралл, растущий в более открытых умеренных водах на рифовой поверхности.. То же самое можно сказать и о целых видах или популяциях адаптированных к теплу кораллов.
В своей статье Ривест и его соавторы Стив Комо и Кристофер Корнуолл из Университета Западной Австралии проанализировали почти 100 исследований того, как предсказанные изменения рН или температуры океана могут повлиять на рост кораллов. Но их обзор показал, что лишь «горстка» исследований целенаправленно варьировала эти факторы или изучала важность естественной изменчивости для производительности рифовых организмов.
Эксперименты, включающие изменчивость, делятся на две категории. «Один тип - это исследования, в которых вы собираете кораллы с участка с высокой изменчивостью и с участка с низкой изменчивостью и смотрите, как они ведут себя в контролируемых лабораторных условиях», - говорит Ривест.«Если изменчивость важна для формирования их реакции на изменение окружающей среды, то их реакция будет зависеть от того, откуда они родом».
Второй тип «рассматривал вариативность лабораторных обработок: кораллы брали в лабораторию и выращивали в постоянных или переменных условиях, затем подвергали их дополнительному стрессу и смотрели, влияет ли изменчивость, с которой они столкнулись в лаборатории, на их ответ на этот стресс."
Ривест и ее коллеги обнаружили, что включение вариативности в план эксперимента приводит к неоднозначным и интригующим результатам.
«Кораллы из местообитаний с большей изменчивостью температуры обычно проявляют большую термотолерантность, - говорит Ривест, - но последствия прошлой изменчивости pH менее очевидны». С другой стороны, говорит она: «В лабораторных исследованиях изменчивость pH часто ограничивала последствия закисления океана, но влияние изменчивости температуры на реакцию на потепление было сомнительным."
Ривест, Комо и Корнуолл говорят, что их выводы требуют дополнительных исследований. «Мы хотим, чтобы наша статья ознаменовала начало новой эры в исследованиях того, как изменение климата влияет на основные виды», - говорит Ривест. «Нам действительно нужно рассматривать текущую среду обитания животного в качестве отправной точки для того, как оно будет реагировать в будущем - мы хотим, чтобы это стало предметом обсуждения в нашей области, как мы должны планировать эксперименты и думать над этими вопросами в будущем.."
Команда говорит, что их выводы могут найти практическое применение. «Если мы будем лучше знать, как изменчивость окружающей среды влияет на способность животных переносить будущие изменения окружающей среды, мы сможем подумать об этом в контексте восстановления и сохранения», - говорит Ривест. «Например, если вы нацелены на восстановление рифа, мы могли бы запустить программу обучения кораллов, в рамках которой вы культивируете их в лаборатории в различных условиях, чтобы они были готовы хорошо работать в среде рифа.«Этот подход уже применяется в Гавайском институте морской биологии, Австралийском институте морских наук и других исследовательских лабораториях по всему миру.
Ривест руководила одним из полевых исследований, включенных в недавнюю обзорную статью, в котором она сравнила кораллы из теплых вод Французской Полинезии с более прохладными водами Тайваня, и теперь планирует распространить это исследование на различных животных и воды возле ее нового дома на восточном побережье США. В 2016 году она поступила на факультет Виргинского института морских наук в Глостер-Пойнт.
«Я думаю об устрицах как о кораллах Чесапикского залива», - говорит Ривест. «Они обеспечивают аналогичные преимущества в том смысле, что создают трехмерную среду обитания, которая поддерживает другие виды. А изменчивость pH и температуры в заливе даже более драматична, чем мы наблюдаем во многих коралловых рифах. Поэтому я планирую спросить то же самое. Типы вопросов здесь Мы можем многое узнать о том, как устрицы будут реагировать на будущие изменения окружающей среды, просто исследуя естественные градиенты окружающей среды, с которыми они сталкиваются в заливе прямо сейчас."
Она также планирует начать серию лабораторных исследований. «У меня еще не было возможности легко управлять изменчивостью температуры и pH в лаборатории, - говорит Ривест, - но аквариумная система, которую я здесь строю, позволит мне это сделать». Она строит систему в Лаборатории исследований морской воды в VIMS, одном из крупнейших объектов такого рода в стране.