Пищевые сети коралловых рифов оказались более изолированными и уязвимыми, чем считалось ранее

Исследование под руководством доцента Келтона МакМэхона из Высшей школы океанографии Университета Род-Айленда показало, что пищевые сети тропических рифов более хрупкие, чем предполагалось. Вместо единой высокосвязанной системы, где виды могут легко переключаться между источниками пищи, многие обитатели рифов в этих невероятно биоразнообразных экосистемах зависят от удивительно узких, специализированных энергетических путей, связывающих конкретные виды с определёнными источниками первичной продукции.

Исследование опубликовано в журнале Current Biology.

Используя анализ стабильных изотопов аминокислот на уровне отдельных соединений (CSIA-AA) — передовой метод, в разработке которого участвовал МакМэхон, позволяющий отслеживать путь питательных веществ в экосистемах с течением времени, — команда изучила три обычных вида рифовых луцианов (Lutjanus kasmira, L. ehrenbergii и L. fulviflamma). Несмотря на репутацию оппортунистических хищников, эти рыбы и поддерживающие их пищевые сети оказались удивительно специализированными:

• Lutjanus kasmira питался почти исключительно в пищевой сети, основанной на фитопланктоне водной толщи.
• L. ehrenbergii был связан с пищевой сетью, основанной на макроводорослях морского дна.
• L. fulviflamma в основном питался в пищевой сети, основанной на кораллах.

Как заметил МакМэхон, эти виды часто образуют совместные косяки, и никто не предполагал, что каждый из них занял свою уникальную нишу в сложных рифовых пищевых сетях. Будучи многочисленными хищниками высокого трофического уровня, их долго считали универсалами.

Однако результаты исследования раскрывают иную картину: поток энергии от первичных продуцентов (кораллы, макроводоросли, фитопланктон) к хищникам сильно компартментализирован. Каждый вид зависит от своего «силоса» продукции, формируя самодостаточные пищевые цепи в специфичных микросредах обитания на рифе, несмотря на физическую возможность питаться более широким спектром добычи.

Последствия для устойчивости рифов и биоразнообразия

Исследование также проливает свет на классическую экологическую загадку: как высокое видовое разнообразие сохраняется в рифовых средах, исторически бедных питательными веществами. Обычно устойчивые экосистемы демонстрируют значительное перекрытие источников энергии, что помогает им восстанавливаться после нарушений. Но это исследование показывает, что рифовые виды часто придерживаются своих изолированных источников энергии — «вертикальных силосов».

Такое разделение бросает вызов устоявшемуся представлению о том, что коралловые рифы устойчивы благодаря множеству видов, выполняющих сходные, взаимосвязанные роли. В системах с вертикальной силосной структурой нарушение одного первичного продуцента из-за изменения климата, перелова или обесцвечивания может разрушить целую пищевую цепь. Это делает коралловые рифы более структурированными и более хрупкими, чем считалось, и даёт новое понимание их уязвимости к быстрым изменениям среды.

Новый метод: CSIA-AA

Лаборатория МакМэхона использует стабильные изотопы для изучения жизненной истории животных на основе их рациона. В этой работе CSIA-AA позволил проследить перемещение углерода и азота через пищевую сеть рифа. В отличие от традиционных методов (например, анализа содержимого желудка), дающих лишь краткосрочный снимок питания, CSIA-AA обеспечивает долгосрочный и более точный взгляд на реальный поток энергии в экосистеме.

Как пояснил МакМэхон, его метод позволяет изолировать и анализировать отдельные соединения в сложных организмах, раскрывая их метаболическую историю и показывая паттерны в пищевых сетях, ранее недоступные для наблюдения.

Терпение — ключ к успеху

Образцы для этого исследования были собраны во время полевых работ в Красном море. Ткани рыб анализировались в Высшей школе океанографии и партнёрских лабораториях, включая Океанографический институт Вудс-Хоул. МакМэхон отметил, что образцы архивировались более десяти лет, пока развитие аналитических инструментов не сделало этот анализ возможным.

Пробы были собраны 15 лет назад, но для их осмысленного анализа потребовалось время, чтобы созрели знания и методы. Результаты оправдали это терпение.

Команда планирует расширить работу на другие рифовые системы, изучить сходные вопросы в лесах водорослей и глубоководных экосистемах, а также интегрировать ДНК-метабаркодирование для точной идентификации видов-жертв, связывающих эти высокоизолированные энергетические каналы.