Каждый год мир теряет примерно 7 процентов водорослей. В то время как причины многообразны, один виновник долгое время приводил ученых в замешательство: истощающая болезнь взморника. В сентябре этого года группа биологов сосредотачивается на проблеме в первом исследовании болезни, которая распространилась вдоль Тихоокеанского побережья от южной Калифорнии до Аляски, благодаря гранту в размере 1,3 миллиона долларов от Национального научного фонда..
«Существует ряд программ мониторинга морских водорослей, которые работают в региональном и в какой-то степени в глобальном масштабе, но большинство из них на самом деле смотрят только на покров и обилие самих водорослей», - сказал Эммет Даффи. директор Глобальной морской обсерватории Земли (MarineGEO) со штаб-квартирой в Смитсоновском центре экологических исследований.
Новый грант основан на совместной работе Экспериментальной сети Zostera Experimental Network (ZEN) под руководством Даффи и направлен на изучение того, как климат, биоразнообразие и другие экологические аспекты могут изменить течение болезни. Команда использует широкий арсенал оружия, чтобы понять это: помимо морских биологов, они привлекают географов, специалистов по информатике, искусственный интеллект и беспилотники..
Морские травы являются одной из самых ценных экосистем на Земле. Они обеспечивают среду обитания для популярных рыб, таких как лосось и сельдь, защищают береговую линию от эрозии и отфильтровывают загрязнение питательными веществами. Только один гектар (около 2,5 акров) по консервативным оценкам стоит более 19 000 долларов в год. Но морские водоросли сталкиваются с постоянными угрозами из-за загрязнения, мутной воды и болезней.
Eelgrass - самая распространенная морская трава на западном побережье Северной Америки - столкнулась с еще одним врагом. Микроскопическая слизистая плесень, называемая Labyrinthula zosterae, часто заражает его истощающей болезнью взморника. Болезнь уничтожила 90 процентов морских водорослей вдоль восточного побережья Северной Америки и Европы в 1930-х годах и до сих пор угрожает восстановлению морских водорослей во всем мире. Совсем недавно во многих заливах Тихоокеанского побережья было замечено сокращение зарослей взморника, в том числе в заливе Морро в Калифорнии, где в период с 2007 по 2015 год исчезло более 95 процентов водорослей., с целью не допустить чистой потери функции среды обитания взморника.
Изнурительная болезнь взморника затемняет траву черными и коричневыми пятнами, которые распространяются вдоль ее стеблей, разрушая ее клетки и препятствуя фотосинтезу, в конечном итоге убивая траву. «Поражения разъедают и убивают ткань, а затем может отвалиться вся пластинка», - сказал Дрю Харвелл, биолог из Корнелла, специализирующийся на морских болезнях. «Это чрезвычайно заразно… даже лезвия, которые не касаются других, могут подхватить эту заразную болезнь."
Однако слизевики не всегда вызывают смертельные вспышки. Не все штаммы слизистой плесени вызывают болезни, и некоторые взморники лучше справляются с ними. Почему одни водоросли становятся жертвами, а другие нет, до сих пор остается загадкой, которую ученые пытаются разгадать с помощью нового гранта. Поведение животных в зарослях водорослей может сыграть свою роль. Более теплые воды также могут усугубить заболевание.
«Эльграсс-истощающая болезнь - один из классических примеров болезни, чувствительной к температуре», - сказал Харвелл. «В лаборатории мы показали, что болезнь протекает быстрее и причиняет больше вреда при более высоких температурах, а в Европе также были проведены исследования, показывающие температурную зависимость».
Трехлетний проект использует целостный подход, исследуя болезнь с нескольких сторон. Команда будет исследовать заросли морских водорослей на 36 различных участках, от Сан-Диего до юга Джуно, Аляска. В одном из этих мест - Лабораториях Фрайдей-Харбор в штате Вашингтон - они проведут эксперименты, чтобы увидеть, как мелкие животные, питающиеся водорослями или водорослями, могут повлиять на болезнь. Если наиболее распространенные травоядные едят водоросли, это может очистить взморник и сделать его более устойчивым к болезни. Но если они пасутся прямо на самой траве, они могут ослабить ее или даже способствовать распространению болезни. Микробы, которые естественным образом растут на стеблях взморника, также могут сыграть свою роль.
«Многие болезни человека связаны с нарушением естественного сообщества бактерий, которые живут в нашем организме», - сказал Джей Стахович, эколог из Калифорнийского университета в Дэвисе, чья лаборатория следует этому примеру. «Мы считаем, что подобные нарушения в микробиоме водорослей, вызванные изменениями окружающей среды, такими как потепление океана, могут ускорить развитие и распространение болезни».
Искусственный интеллект даст команде еще одну результативную передачу. Ученый-компьютерщик из Корнелла Карла Гомес разработала алгоритм для обучения компьютеров распознавать явные признаки болезни и отличать их от порезов, порезов или других видов повреждений, которые команда не изучает.
Команда также развернет дроны на Тихоокеанском побережье. Дроны, управляемые командой Citizen Science GIS Тима Хоторна в Университете Центральной Флориды, будут предоставлять изображения субметровой точности и подробные карты зарослей взморника с более высоким разрешением, чем может предложить большинство спутников. Команда Хоторна будет обучать представителей общественности - «партнеров сообщества» - также управлять дронами, когда исследователей нет на месте, и создаст общедоступный веб-сайт с открытым картографированием изображений проекта. Хоторн сказал, что надеется, что дроны будут не только предоставлять данные, но и поощрять участие местных сообществ.
«Дело в том, что дроны - это такая инновационная и довольно любопытная технология, что они интересуют всех», - сказал Хоторн. «Мы рассматриваем дрон как еще один способ рассказать о нашей науке. Он открывает диалог».
Время не может быть более важным. В прошлом году в Калифорнии, Вашингтоне и на Аляске наблюдалась рекордная жара, и это может подвергнуть тихоокеанский взморник еще большей опасности из-за болезни.
«Сочетание переносимого жарой патогена и рекордного потепления было разрушительным для некоторых наших зарослей взморника», - сказал Харвелл. «И мы думаем, что это заболевание способно еще больше сократить площади взморника. Крайне важно найти более эффективные способы борьбы с болезнями в потеплении океанов».