Гало вокруг коралловых рифов могут указывать на их устойчивость
Вокруг коралловых рифов по всему миру на спутниковых снимках часто видны визуально яркие полосы голого песка. Их происхождение оставалось загадкой.
Одна из теорий — страх. Рыбы-попугаи и другие травоядные покидают укрытие рифа, чтобы поесть водоросли или окружающую морскую траву, но страх быть съеденными хищниками может удерживать их от слишком дальних перемещений или чрезмерного выедания растительности. Это создаёт так называемые «пастбищные гало» — полосы вокруг рифов, где растительность отсутствует.
Предыдущие исследования предполагали, что эти и другие гало могут отражать теорию «ландшафта страха» в экологии: страх перед хищниками заставляет жертв менять пищевое поведение, что может приводить к образованию гало, отмечающих зоны, где жертвы чувствуют себя в безопасности.
Но если гало создаются страхом, почему некоторые рифы с акулами и другими хищниками имеют гало, а другие — нет? И почему гало не больше там, где перелов удалил многих высших хищников?
Новое исследование, опубликованное в The American Naturalist, связывает паттерны пастбищных гало на коралловых рифах, а также в других фрагментированных местообитаниях, с пространственной структурой самих укрытий.
Поскольку гало существуют только вокруг участков укрытий, команда решила изучить, как будут выглядеть гало там, где кораллы сгруппированы, по сравнению с местами, где они рассеяны. Анализ также должен был определить, можно ли использовать паттерны гало для оценки здоровья или стресса разных рифов.
Исследователи создали две математические модели для изучения влияния кластеризации укрытий на паттерны гало. Затем в качестве примера они использовали остров Херон в Большом Барьерном рифе у побережья Квинсленда (Австралия), применив данные спутниковых снимков этой системы коралловых рифов для проверки своей модели.
Остров Херон был выбран из-за его хорошей изученности. Кроме того, изменение климата — главная угроза для Большого Барьерного рифа из-за обесцвечивания кораллов, закисления океана, экстремальных погодных явлений и изменений среды обитания.
В первой модели команда показала, как простые геометрические правила, описывающие перекрытие кругов, определяют ожидаемый процент растительного покрова, когда участки укрытий сгруппированы или рассеяны.
«Если укрытия плотно упакованы в одном месте, то нервным жертвам негде исследовать и меньше растительности, чтобы есть», — говорит ведущий автор Тереза Онг, доцент экологических исследований в Дартмуте.
«Но если укрытия распределены более равномерно, гало вырезают больше пустого пространства в ландшафте, и их отличительные паттерны исчезают, перекрывая друг друга». Другими словами, отдельное гало сложнее разглядеть, если есть много перекрывающихся гало и нет окружающей растительности.
Исследователи разработали модель как общую, чтобы её можно было применить к любой экосистеме, где организмы пасутся рядом со своей средой обитания, например, к стаду коров, пасущихся возле деревьев на пастбище.
Но эта модель статична и предполагает постоянство выпаса во времени. Поэтому исследователи разработали вторую модель, чтобы изучить, как динамика между травоядными и растительностью может влиять на наличие и размер гало.
Результаты выявили два сценария:
- Когда участки кораллов рассеяны, укрытия от хищников также рассеяны, что может привести к перевыпасу. Это, в свою очередь, создаёт циклическую систему, которая колеблется между наличием и отсутствием растительности. Другими словами, гало на рифе могут появляться, затем исчезать, но снова возникать со временем.
- Когда же участки кораллов плотно сгруппированы, что приводит к ограниченному количеству укрытий, гало с большей вероятностью остаются стабильными.
На здоровых рифах популяции хищников, как правило, ограничивают травоядных, но в таких системах возможны как стабильные, так и циклические паттерны гало.
Авторы утверждают, что отслеживание паттернов гало во времени может быть важнее, чем отслеживание их размеров.
Команда выдвинула гипотезу, что устойчивые гало должны существовать в основном там, где травоядные сильно ограничены, а укрытия сгруппированы.
«Однако наличие гало и феномен их появления и исчезновения со временем на самом деле согласуются с теорией ландшафта страха», — говорит Онг. — «И это может объяснить, почему связь между шириной гало и здоровьем рифового сообщества слаба».
По словам соавторов, для возникновения статических гало что-то должно ограничивать травоядных от потребления всей растительности; в противном случае вероятны колебания. Это типичная динамика «хищник-жертва»: когда травоядные съедают всё, еда заканчивается, и их популяция сокращается, но затем растительность и травоядные со временем восстанавливаются, что приводит к гало, которые растут, уменьшаются и исчезают.
«Колеблющиеся гало не обязательно являются признаком перелова или плохого здоровья рифа», — говорит Онг. — «Более тревожно, если статические гало внезапно начинают циклически меняться или если циклические гало внезапно становятся статичными. Это может указывать на серьёзный сдвиг в здоровье и устойчивости системы».
Полевые исследования, особенно в океане и на коралловых рифах на больших площадях, довольно сложны. Использование спутниковых снимков даёт исследователям возможность бегло оценить потенциальные места исследований и получить общее представление о том, что происходит со здоровьем рифа, что может быть очень ценно для целей сохранения.
«На рифах, особенно на Большом Барьерном рифе, много эндемичных видов, которых мы можем легко потерять из-за совокупного воздействия изменения климата и перелова. Поэтому лучшее понимание того, как паттерны гало отражают динамику рифового сообщества, может быть полезно для усилий по сохранению рифов», — говорит Онг.
«Отслеживание гало во времени может помочь нам следить за тем, сохранены ли популяции хищников и здоров ли риф».
Со-ведущими авторами исследования выступили Лиза К. Макманус из Гавайского университета в Маноа и Витор В. Васконселос из Амстердамского университета (Нидерланды). В работе также приняли участие Луоджун Ян из Принстонского университета и Чэньян Су из Дартмута.