Крупномасштабный долгосрочный эксперимент с водорослями у побережья Южной Калифорнии позволяет по-новому взглянуть на то, как со временем может измениться биоразнообразие прибрежных экосистем, поскольку изменение климата потенциально увеличивает частоту океанских штормов.
Исследователи из Университета Вирджинии и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре экспериментально имитировали исчезновение подводных гигантских лесов водорослей в четырех местах у побережья
в Санта-Барбаре и обнаружили, что увеличение частоты штормов, как предсказывают некоторые модели изменения климата, может резко изменить соотношение и типы морской жизни, обитающей вдоль береговой линии Калифорнии.
«Мы обнаружили, что частота нарушений является наиболее важным фактором, влияющим на биоразнообразие ламинарии, в то время как серьезность нарушений в конкретный год играет второстепенную роль», - сказал ведущий исследователь Макс Касторани, профессор наук об окружающей среде в УВА.
Исследование опубликовано в Интернете 30 октября в журнале Ecology, когда ученые пытаются предвидеть экологические последствия изменения климата. Это один из немногих долгосрочных экспериментов, направленных на изучение того, как леса водорослей, которые являются основными прибрежными морскими средами обитания во всем мире, могут измениться с течением времени, если прогнозы климатических моделей сбудутся в природе, как ожидают многие ученые. Некоторые климатические прогнозы указывают на увеличение частоты и силы штормов, что уже происходит в некоторых регионах.
Чтобы прийти к своим выводам, исследователи подсчитывали и измеряли более 200 видов растений, беспозвоночных и рыб в больших экспериментальных и контрольных лесах водорослей у побережья Санта-Барбары каждые три месяца в течение девятилетнего периода. Они обнаружили, что ежегодные нарушения, когда леса ламинарии экспериментально вырубались и сокращались из года в год, как это происходит во время сильных зимних штормов с большими волнами, приводили к удвоению количества более мелких растений и беспозвоночных, прикрепленных к морскому дну (водоросли, кораллы, анемоны, губки), но также привело к уменьшению количества рыбы и моллюсков, таких как моллюски, морские ежи, морские звезды, омары и крабы, на 30-61 процент.
«Наши результаты удивили нас, потому что мы ожидали, что один сильный зимний шторм приведет к большим изменениям в биоразнообразии ламинарии», - сказал Касторани. «Вместо этого наибольшее влияние оказало количество нарушений с течением времени, потому что частые нарушения подавляют восстановление гигантских водорослей, что имеет большие последствия для окружающей морской жизни».
Как крупнейшая из всех водорослей, гигантская водоросль растет на высоте до 100 футов от морского дна до поверхности воды, образуя плотный полог, очень похожий на наземный лес, который обеспечивает тень и убежище для организмов, живущих дальше в глубине. толще воды и на дне моря. Когда лес разрушается сильным штормом, «подлесок» становится ярче с солнечным светом, но в целом он менее сложен физически и продуктивнее, что влияет на баланс видового разнообразия. Хотя это нормально, что это периодически происходит, когда сильные морские штормы приносят разрушительные волны к береговой линии, леса обычно быстро восстанавливаются. Но более частые штормы будут постоянно препятствовать восстановлению, что в конечном итоге приведет к значительному изменению морской жизни.
Прогнозы изменения климата предсказывают увеличение частоты и силы штормов в ближайшие десятилетия, что может привести к глубоким изменениям в биоразнообразии ламинарии, как предполагает новое исследование. По словам Касторани, повторяющаяся потеря гигантских водорослей создает экологических «победителей и проигравших». «Подлесковые» существа - водоросли, губки, анемоны и морские веера - скорее всего, будут процветать, в то время как некоторые коммерчески и рекреационно привлекательные рыбы, крабы, омары, трубачи и моллюски могут исчезнуть.
Эксперимент был проведен на участке долгосрочных экологических исследований побережья Санта-Барбары Национального научного фонда. NSF финансирует многочисленные долгосрочные исследовательские проекты по всему миру, призванные получить общее представление об изменениях в экосистемах за десятилетия и далее.
«Это важное открытие, что серьезность и частота нарушений по-разному влияют на сообщества водорослей», - сказал Дэвид Гаррисон, директор программы долгосрочных экологических исследований NSF, которая финансировала исследование. «Нам нужны такого рода исследования, чтобы предсказать, как будут выглядеть будущие сообщества зарослей водорослей и какие экосистемные услуги они будут предоставлять».
Касторани сказал, что девятилетнее исследование демонстрирует ценность долгосрочных экологических исследований для понимания изменений окружающей среды по мере их возникновения, например, просмотра фильма об окружающей среде, а не моментального снимка, который фиксирует только момент времени.
«Большая часть предыдущих исследований была сосредоточена на реакции на одно событие, но наш новый эксперимент показывает важность изучения повторяющихся возмущений в течение многих лет», - сказал он.«Мы не смогли бы понять экологию этой системы без долгосрочной поддержки программы LTER NSF».
В дополнение к своим исследованиям в Калифорнии, Касторани также проводит исследования биоразнообразия в прибрежном исследовательском центре Anheuser-Busch UVA, расположенном на восточном побережье Вирджинии, где NSF уже давно финансирует проект долгосрочных экологических исследований в The Nature Conservancy's. Заповедник побережья Вирджинии с 1987 года.