Более теплый и кислый океан ведет к вымиранию рифообразующих кораллов и возрождению их родственников

Изменения химического состава и температуры океана драматически повлияли на разнообразие кораллов и актиний. К такому выводу пришла команда ученых, проследившая их эволюцию в глубоком времени. Новое исследование, опубликованное 31 августа в журнале Nature Ecology & Evolution, показывает, что рифообразующие кораллы появились только тогда, когда условия океана поддерживали построение их каменистых скелетов. В то же время разнообразные мягкие кораллы и актинии процветали в другие периоды. Без значительного сокращения антропогенных выбросов углерода эти выводы имеют серьезные последствия для настоящего и будущего твердых кораллов, но предполагают лучшие перспективы для разнообразия их более мягкотелых родственников.

Эволюция в меняющемся океане

Новый генетический анализ показывает, что кораллы (которые вместе с актиниями составляют класс животных Anthozoa) существуют на планете 770 миллионов лет. Это на 250 миллионов лет раньше самых древних бесспорных ископаемых свидетельств их существования — достаточно долго, чтобы пережить масштабные климатические сдвиги, колебания химического состава океана и несколько массовых вымираний.

Исследовательская группа под руководством ученых из Harvey Mudd College, Американского музея естественной истории и Национального музея естественной истории Смитсоновского института изучила, как эти прошлые условия повлияли на разнообразие антозоев. Это стало возможным благодаря новому молекулярному подходу, разработанному Андреа Куаттрини, Кэтрин Макфадден и Эстефанией Родригес. Метод позволил сравнить почти 2000 ключевых регионов геномов антозоев, чтобы выяснить эволюционные связи между видами. Данные по сотням образцов со всего мира, хранящихся в музейных коллекциях, были сопоставлены с палеонтологической летописью, что раскрыло историю эволюции этих животных.

Роль химии океана и температуры

На протяжении истории Земли изменения кислотности и концентрации ионов смещали химический состав океана между двумя состояниями — арагонитовыми и кальцитовыми морями. Эти изменения, а также колебания температуры океанской воды, сыграли ключевую роль в определении того, какие скелеты могли производить кораллы.

• Мадрепоровые (каменистые) кораллы, строящие массивные рифы, формируют твердые скелеты из арагонита (форма карбоната кальция — CaCO₃).
• Другие кораллы (например, горгонарии и черные кораллы) строят более мягкие скелеты из белка или кальцита (менее растворимая форма CaCO₃).
• Актинии не имеют скелета вообще.

Исследование показало, что мадрепоровые кораллы возникли только тогда, когда условия благоприятствовали построению их арагонитовых скелетов — в периоды арагонитовых морей при относительно прохладной температуре океана. В периоды кальцитовых морей, когда CO₂ в атмосфере больше, а океаны более кислые, эволюционное преимущество получали актинии и кораллы, строящие скелеты из белка или кальцита.

Уроки прошлых рифовых кризисов

Важно, что именно эти другие антозои лучше всего переживали рифовые кризисы — времена, когда до 90% рифообразующих организмов вымирало из-за потепления и закисления океанов.

«Наше исследование показало, что после этих рифовых кризисов мы фактически наблюдаем увеличение разнообразия антозоев в целом, особенно тех, которые могут хорошо существовать в этих климатических условиях — тех, которые не производят арагонит и не строят большие рифы», — сказала Андреа Куаттрини.

Это согласуется с наблюдениями за современными рифами, которым угрожает изменение климата. «Когда мадрепоровые кораллы вымирают, другие антозои начинают заселять мертвые кораллы и процветать. Мы видим это и на нашем эволюционном древе», — добавила Куаттрини.

Будущее под угрозой и надежда на адаптацию

Сегодня около 1300 видов мадрепоровых кораллов населяют океан, чему способствуют условия арагонитового моря. Однако растущий уровень CO₂ в атмосфере нагревает и закисляет воду, делая ее менее гостеприимной для этих и других организмов с арагонитовыми скелетами.

«Ожидается, что арагонит будет растворяться при закислении океана. Поскольку наши моря становятся более кислыми и теплыми, вероятно, что скелеты кораллов будут растворяться или не смогут расти», — отметила Куаттрини.

Исследование предполагает, что по мере изменения климата может увеличиться разнообразие антозоев без арагонитовых скелетов.

«К сожалению, хотя эти более мягкотелые виды могут лучше адаптироваться к изменению климата, чем мадрепоровые кораллы, они не образуют больших рифов», — сказала Кэтрин Макфадден. — «Таким образом, в будущем рифы могут быть заменены другими морскими сообществами. Это, похоже, уже происходит в Карибском бассейне, где мадрепоровые кораллы заменяются "лесами" горгонарий».

Тем не менее, потеря рифообразующих кораллов будет иметь разрушительные последствия для сообществ, зависящих от рифов и богатых сложных экосистем, которые они поддерживают (рыболовство, защита береговой линии, туризм).

«Кораллы переживали вымирания в прошлом, когда климат бросал им вызов, и мы, вероятно, увидим это в будущем. Лучший способ защитить их — сократить наши выбросы углерода», — заключила Куаттрини.

«Это исследование показывает нам, как природа через эволюцию способна адаптироваться, выживать и заново изобретать себя. Поэтому, когда твердые кораллы не могут выжить, их мягкотелые родственники, такие как актинии, будут процветать вместо них», — сказала Эстефания Родригес. — «Вопрос в том, сможем ли мы адаптироваться и заново изобрести себя, когда природы, какой мы ее знаем сейчас, больше не будет».