Выявлены критические этапы раннего роста морских трав

Морские травы, служащие важными "детскими садами" и кормовыми угодьями для многих морских обитателей, исчезают по всему миру из-за загрязнения питательными веществами, потепления вод и других факторов. Новое исследование международной команды выявило критические этапы (бутылочные горлышки) роста морской травы от семени до проростка. Эти знания полезны для улучшения методов восстановления на основе семян.

Авторы исследования — Джон Статтон, Леонардо Монтойя и Гари Кендрик из Университета Западной Австралии, Роберт Орт из Виргинского института морских наук и Кингсли Диксон из Университета Кертина. Их работа опубликована в журнале Scientific Reports.

"Наука, лежащая в основе восстановления с помощью семян, для большинства видов морских трав очень слабо развита и сильно отстает от таковой для наземных растений", — говорит Статтон. Ярким исключением является успешное использование семян для восстановления взморника в заливах Виргинии — работа, начатая Ортом в ходе многолетних проб и ошибок.

В текущем исследовании ученые стремились понять путь от семени до проростка для австралийской морской травы Posidonia australis (ленточная водоросль). Этот медленнорастущий вид сильно сократил свою численность и имеет статус "близкий к уязвимому положению" в Красном списке МСОП.

Команда тщательно отслеживала судьбу более 21 000 семян P. australis, высаженных вручную на экспериментальных участках в заливе Кокберн в Западной Австралии. Участки были расположены для проверки влияния разной степени воздействия волн, поедания семян крабами и "биотурбации" — случайного закапывания семян роющими животными, часто слишком глубоко для последующего развития.

В отличие от большинства других исследований, которые просто оценивали общую долю семян, достигших зрелости, команда Статтона отслеживала прогресс на каждом этапе: от прорастания до стадий проростка, зависящего от семени, независимого проростка и укоренившегося проростка.

"Выявляя конкретные критические переходы на ранних стадиях жизни, мы можем улучшить нашу способность воздействовать на процессы, наиболее чувствительные к управлению", — говорит Статтон. "Эти узкие места могут быть уникальными для каждого вида морской травы и даже для конкретного места", — добавляет Орт.

Результаты показали явные различия в успешности семян на разных стадиях жизни. На мелководных, более защищенных участках немногие семена пережили поедание и биотурбацию, чтобы завершить первый критический месяц роста, когда проросток еще зависит от энергии семени. Семена, размещенные на более глубоких участках, выживали еще 4–6 месяцев, но затем почти все независимые проростки были вырваны зимними штормами. В результате общая выживаемость семян была крайне низкой — менее 1 из 1000 семян достигло ювенильной стадии (вероятность всего 0,1%).

Используя модели, исследователи оценили необходимую плотность посева для преодоления этих критических этапов. Расчеты показали успех при плотности посева в 2–40 раз выше, чем в их полевых исследованиях. Результаты предполагают: чем больше семян, тем лучше, хотя необходимы дополнительные полевые работы для проверки снижения отдачи из-за скученности и конкуренции за ресурсы.

Хотя выявленные в Австралии "узкие места" роста кажутся непреодолимыми, Орт отмечает, что они соответствуют результатам других исследований как морских, так и наземных растений. "В наших работах по восстановлению в Виргинии вероятность выживания семени составляет лишь около 1–5%", — говорит он.

Несмотря на это, многократный посев привел к успеху. "В 1997 году в Южном заливе был лишь небольшой участок взморника. Сейчас, после 71 миллиона семян, там более 7000 акров, и трава распространяется естественным путем", — говорит Орт.

Подобный подход может сработать в Австралии и других регионах. "Наши результаты показывают, что посев может быть подходящей стратегией для восстановления P. australis. Но нам нужно делать это ежегодно в течение десяти или более лет, чтобы преодолеть летние "узкие места", связанные с биотурбаторами и поеданием, и зимние — связанные со штормовыми волнами", — говорит Статтон.

Такой подход позволит воспользоваться "окнами возможностей" — благоприятными годами со слабыми зимними штормами или их блокировкой сушей, что даст семенам шанс укорениться и выжить.

Результаты также предлагают другие стратегии для повышения успеха восстановления. Для защищенных от волн участков это может быть перемещение или исключение крабов и других беспозвоночных, которые поедают или смещают семена. "На открытых волнам участках мы могли бы вводить смеси семян и проростков видов, адаптированных к турбулентным условиям, чтобы обеспечить стабильность дна для выживания P. australis", — говорит Статтон.