Оценка пищевых привычек кораллов может дать новые данные о жизнестойких рифах

Исследователи из Океанографического института Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги обнаружили, что кораллы, живущие в более продуктивных водах, используют преимущество повышенной доступности пищи. Результаты, опубликованные в журнале Current Biology 18 октября, пересматривают научное понимание того, как выживают кораллы, и могут помочь в прогнозировании их восстановления в условиях изменения климата.

Коралловые рифы растут в так называемых океанических пустынях, где теплые, прозрачные воды, как правило, менее богаты питательными веществами, чем холодные воды. Ранее исследователи связывали выживание кораллов с симбиотическими водорослями, живущими внутри них. Водорослям предоставляются укрытие и питательные вещества в обмен на углеводы. По оценкам, эти водоросли могут обеспечивать до 95% ежедневных энергетических потребностей некоторых кораллов.

Однако ученые из Скриппса обнаружили, что кораллы, живущие в водах с более высокой концентрацией хлорофилла, получают больше энергии от питания планктоном и другими микроорганизмами. Это говорит о том, что некоторые кораллы менее зависимы от своих водорослей, что может иметь значение для их устойчивости. Концентрация хлорофилла — важный показатель питательных веществ в море, служащий индикатором количества фитопланктона в поверхностных водах океана. Фитопланктон является основой большинства морских пищевых сетей и добычей для зоопланктона — излюбленной пищи кораллов.

«Это первая работа, которая предоставляет убедительные доказательства такой простой предпосылки — кораллы едят больше там, где больше пищи, — сказал Майкл Фокс, недавний выпускник докторантуры Скриппса и ведущий автор исследования. — Довольно шокирует, что исследования не фокусировались на этом, поскольку мы склонны думать о кораллах скорее как о растениях, а не животных».

Несмотря на интуитивную понятность, масштабы питания кораллов — это то, что экологи коралловых рифов не могли изучить за последние 30–40 лет из-за недостатка данных и технологий. Фокс смог прийти к своим выводам, проанализировав различия в изотопных сигнатурах углерода между кораллами и их симбиотическими водорослями в образцах, собранных в центральной части Тихого океана. Стабильные изотопы — варианты химических элементов, содержащие разное количество нейтронов — обычно используются в биологических исследованиях для отслеживания метаболических процессов.

Фокс начал с разделения клеток коралла и водорослей в лаборатории. Это позволило ему проанализировать изотопный состав каждого и сравнить их. Если исследуемый коралл получал больше пищи от водорослей, его изотопная сигнатура напоминала бы сигнатуру его «растительного квартиранта». С другой стороны, кораллы, питавшиеся в основном планктоном, имели изотопные значения, более схожие с их планктонной добычей.

Используя спутниковые измерения концентрации хлорофилла в океанах мира, Фокс и его команда обнаружили, что большинство кораллов, собранных в водах, богатых хлорофиллом, потребляли большие доли планктона. В центральной части Тихого океана наблюдается огромная изменчивость в прибрежном фитопланктоне: концентрации хлорофилла наибольшие вдоль экватора и снижаются к северу и югу. Затем Фокс собрал опубликованные спутниковые измерения и изотопные данные из 11 других локаций по всему миру, обнаружив поразительно сильную взаимосвязь между хлорофиллом в океане и стратегией питания рифовых кораллов.

«Это происходит не только в центральной части Тихого океана, это закономерность, которая сохраняется на коралловых рифах во многих океанических бассейнах, от Красного моря до Карибского бассейна, — сказал Фокс. — Теперь у нас есть карта потенциально более устойчивых коралловых рифов. Если эти кораллы больше полагаются на планктонную пищу, возможно, они смогут быстрее восстанавливаться после событий обесцвечивания».

Сколько и что едят кораллы — это критический пробел в знаниях в биологии кораллов, и он важен для понимания того, как кораллы, вероятно, сохранятся в нагревающемся океане. Многочисленные лабораторные исследования показали, что если кораллы получают пищу, они более способны пережить стресс, связанный с потеплением температуры океана и снижением pH океана. Питание также может увеличить репродуктивную способность кораллов, что является ключом к восстановлению рифов, пострадавших от высокой смертности кораллов.

Но определение этих стратегий питания в глобальном масштабе было сложной задачей как логистически, так и экономически: для построения такой модели потребовалось бы посетить множество рифов, собрать и обработать множество образцов кораллов, а затем решить задачу измерения первичной продукции на каждом из участков исследования. Теперь спутниковые технологии помогают ученым, изучающим кораллы.

«Мы хотели разработать метод, который позволил бы людям предсказывать стратегии питания кораллов для своей рифовой системы, не делая всего этого самим, поэтому мы обратились к спутниковым технологиям, — сказал Гарет Уильямс, доцент Университета Бангора в Великобритании и соавтор исследования. — Мы выяснили, что можно предсказать стратегии питания кораллов в полевых условиях по оценкам первичной продукции, полученным со спутников. Мы можем эффективно предсказывать питание кораллов из космоса».

Массовые события обесцвечивания кораллов охватили большие участки рифов по всему миру, наиболее заметным из которых стало событие 2016 года на Большом Барьерном рифе, который потерял 30% своих мелководных кораллов. Когда вода становится слишком теплой, отношения между водорослями и их коралловым хозяином нарушаются. Кораллы затем изгоняют водоросли, теряя как свой цвет, так и потенциально основной источник пищи. Если кораллы могут выжить достаточно долго без водорослей, а температура воды возвращается к норме, кораллы могут восстановить их. Те кораллы, которые способны есть больше или имеют доступ к большему количеству пищи, имеют больше шансов выжить и восстановиться после обесцвечивания, чем те, которые в основном полагаются на свои водоросли.

«Наше исследование впервые выводит наше понимание питания кораллов за пределы лаборатории и показывает, что глобальные модели доступности пищи, вероятно, влияют на здоровье и устойчивость популяций кораллов по всему миру, — сказала Джен Смит, специалист по кораллам из Скриппса и соавтор исследования. — Очень интересно знать, что у кораллов гораздо больше гибкости в питании, чем мы думали ранее, и эта гибкость может помочь им пережить бурю изменения климата, которая кажется неизбежной».

Модели восстановления после событий обесцвечивания могут различаться в зависимости от региона, что говорит о том, что некоторые районы более устойчивы, чем другие. Это исследование и описанная работа закладывают основу для начала более детальных исследований возможности того, что рифы в более продуктивных районах имеют большую способность к восстановлению после нарушений, чем рифы в других регионах.