Дыхание океана — ключ к прошлому и будущему обитателей западного побережья
Морская жизнь у западного побережья Северной Америки существует в Калифорнийском течении. Его прохладные, богатые питательными веществами воды поддерживают жизнь от невидимого фитопланктона до экономически важных лосося, морского окуня и краба Dungeness, и до величественных косаток.
Новое исследование под руководством Вашингтонского университета показывает, что способность животных дышать в этой воде может быть ключом к пониманию того, где и когда они процветают. Исследование, опубликованное 15 мая в Science Advances, использует современное понимание «дышащих» свойств воды и исторические данные, чтобы объяснить популяционные циклы северного анчоуса. Результаты для этого ключевого вида могут быть применимы и к другим видам в этом течении.
«Если вы беспокоитесь о морской жизни у западного побережья Северной Америки, вы беспокоитесь об анчоусах и других кормовых рыбах в Калифорнийском течении. В конечном счете, это то, что лежит в основе пищевой сети», — говорит ведущий автор Эван Ховард.
Исследование показывает, что виды реагируют на то, насколько вода пригодна для дыхания — комбинацию уровня кислорода в воде и потребностей вида в кислороде, на которые влияет температура воды. Исторические данные по анчоусу соответствуют этой закономерности и предполагают, что южная часть их ареала может стать непригодной для обитания к 2100 году.
«Изменение климата не просто нагревает океаны — оно вызывает снижение уровня кислорода, что может заставить рыб и других морских животных перемещаться из своего обычного ареала в поисках вод с более высоким содержанием кислорода», — отмечает Ховард.
Популяции анчоуса известны своими циклами, но причины оставались загадкой. Другие объяснения, основанные на запасах пищи, взаимодействиях хищник-жертва, конкуренции с другими видами и температурных предпочтениях, не смогли полностью объяснить циклы популяций анчоуса с 1950-х годов до сегодняшнего дня, которые были тщательно задокументированы.
С конца 1940-х годов партнерство между государственными и федеральными агентствами Калифорнии, California Cooperative Oceanic Fisheries Investigations (CalCOFI), отслеживает морскую жизнь и условия в океане. Оно было создано после экономически разрушительного краха промысла сардины в 1940-х годах с целью избежать нового коллапса и лучше понять морские популяции.
«Они измеряли не только анчоусов, они измеряли все, что могли», — говорит Ховард. Поскольку анчоусы многочисленны, а их популяции резко выросли после краха сардины, эти рыбы предоставляют хорошую запись за полвека в пространстве и времени.
Предыдущие исследования группы UW показали, что «пригодность для дыхания» воды, совокупный эффект температуры и уровня кислорода, является ключевым для выживания морских животных. Исследование 2015 года использовало модели, чтобы объединить эффекты более теплой морской воды (которая может удерживать меньше кислорода) с возросшими метаболическими потребностями морских животных в более теплой среде.
Новое исследование также опиралось на статью 2018 года, в которой анализировались потребности в кислороде для различных типов морских животных при разных температурах воды. Два предыдущих исследования были сосредоточены на будущем, в условиях изменения климата, и на далеком прошлом, в связи с крупным событием вымирания.
Исследователи объединили наблюдения с моделями океана, чтобы заполнить пробелы в данных, и показали, что индекс пригодности для дыхания меняется со временем и коррелирует с периодами роста и падения популяций анчоуса, а также с их перемещением на глубину или ближе к берегу.
«Это исследование — первое, которое демонстрирует на временной шкале десятилетий, что вид реагирует в очень тесном соответствии с этим метаболическим индексом — тем, насколько пригоден для дыхания океан в его среде обитания», — говорит старший автор Кертис Дойч. «Это добавляет новую, независимую линию подтверждения того, что виды в океане распределены в соответствии с тем, насколько пригодны для дыхания их места обитания».
Авторы затем рассмотрели протяженность среды обитания анчоуса в будущем в условиях изменения климата. Прогнозируемые изменения условий воды, вероятно, сделают южную часть ареала анчоуса, у побережья Мексики и Южной Калифорнии, непригодной для обитания к 2100 году.
«Мы ожидаем, что ареалы обитания сместятся для всех видов, зависящих от кислорода для выживания», — говорит Ховард. «Если мы поймем, как эти животные реагируют на свою среду, мы сможем лучше предсказать, как эти популяции будут затронуты по мере изменения условий».