Учёные раскрыли секрет выживания морских ежей в волнах тепла
Глобальные температуры океана растут из-за изменения климата, подвергая экосистемы экстремальным температурам — морским волнам тепла (marine heat waves, MHWs). Они могут повышать температуру морской воды летом на 5 градусов Цельсия выше нормы и длиться несколько месяцев, оказывая разрушительное воздействие на морские организмы.
Исследовательская группа доктора Байдена Д. Рассела из Института морских наук Свайр (SWIMS) и Школы биологических наук (SBS) Гонконгского университета (HKU) в сотрудничестве с доктором Марией Бёрн из Сиднейского института морских наук (Университет Сиднея) экспериментально оценила, могут ли взрослые морские ежи Heliocidaris erythrogramma, подвергшиеся MHWs, передавать полезные защитные механизмы своему потомству, обеспечивая выживание следующего поколения. Результаты показали, что взрослые ежи действительно могут передавать такую устойчивость к тепловым волнам. Однако исследование также выявило, что эти эффекты переноса (carryover effects) могут не сохранять эффективность на протяжении всего развития и роста молодых особей. Результаты опубликованы в Global Change Biology.
Морские ежи имеют экономическую и экологическую ценность. Они поддерживают структуру и функцию донных морских экосистем, поедая водоросли, которые в их отсутствие захватили бы системы, делая их проще и менее биоразнообразными. Эта роль особенно важна в экосистемах, испытывающих стресс от деятельности человека, например, загрязнения питательными веществами или MHWs, которые благоприятствуют быстрорастущим водорослям, замещающим такие ключевые среды обитания, как коралловые рифы или леса водорослей (например, ламинарии). Поэтому выживание морских ежей в условиях глобального потепления — ключ к функционированию многих морских экосистем.
Исследование показало, что способность ежей выживать в экстремальных условиях за счёт физиологической адаптации и передавать эту устойчивость следующему поколению фундаментально зависит от их термоустойчивости. При воздействии теплового стресса некоторые виды ежей могут передавать защитные механизмы потомству на случай, если оно столкнётся с таким же стрессом, как и родители. Однако эффективность этих эффектов переноса на протяжении развития молоди может сильно варьироваться. Важно, что исследование выявило: разные стадии жизненного цикла могут иметь очень разную способность справляться с тепловым стрессом, поэтому реакции потомства могут отличаться от реакций родителей.
Взрослых морских ежей подвергали воздействию MHWs разной интенсивности, а затем получали от них потомство в этих условиях. Потомство выращивали при различных температурах и отслеживали его развитие, чтобы оценить эффекты переноса от родителей. Неожиданно оказалось, что родители, акклиматизированные к волне тепла, производили более быстрорастущее, крупное и термоустойчивое потомство. Однако если тепловая волна продолжалась, смертность среди потомства была высокой.
«Если MHW происходит в любой момент во время нереста ежей, эти эффекты переноса могут привести к повышению выживаемости молоди при температурах, которые в норме были бы стрессовыми. Но если тепловая волна продолжается на протяжении всего личиночного развития, эти краткосрочные физиологические реакции могут привести к более высокой смертности и в конечном итоге снизить выживаемость следующего поколения», — сказал ведущий автор исследования, доктор Джей Минути, постдок HKU SWIMS & SBS. Таким образом, по мере того как такие экстремальные события становятся более частыми и интенсивными, полезные эффекты переноса от родительской акклиматизации к MHWs будут защищать лишь более чувствительную ювенильную стадию и повышать выживаемость только в том случае, если условия в океане быстро вернутся к нормальным температурам.
«Эти результаты ключевые для нашего понимания того, как могут выглядеть некоторые морские экосистемы в условиях изменения климата, — сказал доктор Байден Рассел. — Морские ежи играют ключевую роль в поддержании функции экосистем, поэтому если родители могут помочь своему потомству выжить при экстремальных температурах во время морских волн тепла, это может помочь общей функции экосистемы. К сожалению, ясно, что единственный способ остановить ухудшение волн тепла — уменьшить последствия изменения климата за счёт сокращения выбросов углерода. Если мы этого не сделаем, то становится очевидным, что волны тепла опустошат морские экосистемы, важные для человеческого общества».
«Вид ежа, который мы использовали, Heliocidaris erythrogramma, родом из Австралии и экологически важен в прибрежных районах, — сказала профессор Мария Бёрн из USyd, использующая Heliocidaris в качестве модельного вида для изучения воздействия изменения климата. — Его быстрое развитие является ключом к успеху в природе, но также предоставляет возможности для трансгенерационных исследований, чтобы понять, как морские виды могут адаптироваться к изменению климата».
Поскольку многие виды ежей Heliocidaris имеют экологическое и экономическое значение по всему миру (включая Гонконг), это исследование даёт первое ключевое представление о том, как следующее поколение может быть защищено своими родителями от негативных эффектов экстремальных температур, вызванных изменением климата.