Как предотвратить превращение водорослевых лесов в подводные пустыни?
Морские ежи — беспозвоночные, которые формируют биологическое богатство морского дна. Однако их чрезмерное размножение может иметь серьёзные экологические последствия: они сокращают площадь водорослей и влияют на выживание других видов. Изучение глобальной динамики и факторов, превращающих водорослевые леса (kelp beds) в "подводные пустыни" (barren grounds) — главная цель нового исследования, опубликованного в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B.
В работе участвовали учёные из Университета Барселоны, Центра перспективных исследований Бланес, Института морских наук, Университета Ла-Лагуна, а также исследовательских центров Австралии, Канады, США, ЮАР, Новой Зеландии, Японии, Чили и Норвегии.
От лесов к пустыням: роль морских ежей
Морские ежи занимают промежуточное положение в пищевой цепи: они питаются водорослями и служат добычей для рыб. Бернат Эреу поясняет: "В условиях перелова рыбы популяция ежей может вырасти настолько, что превратит водорослевые леса в "подводные пустыни" с низким биоразнообразием".
Однако общая модель, связывающая перелов, чрезмерный выпас ежей и низкое покрытие водорослями, работает не всегда. В некоторых морских заповедниках много и рыбы, и ежей, и водорослей, а в других — мало всех трёх, но леса сохраняются. Это указывает на существование неизвестных взаимодействий, изменяющих динамику системы.
Коллапс экосистемы и теория альтернативных устойчивых состояний
Чтобы выяснить, какие процессы влияют на превращение лесов в пустыни, учёные применили единый протокол к изучению 13 различных каменистых рифовых систем по всему миру. Процесс не следует линейному паттерну, а отвечает на внезапные изменения. В определённый момент экосистема коллапсирует, резко меняется, и происходит сокращение биоразнообразия. Эреу объясняет: "Эти изменения, которые следует анализировать с позиции теории альтернативных устойчивых состояний, следуют графической модели гистерезиса".
Исследование подтверждает гипотезу о глобально согласованном паттерне изменений для всех изученных систем, хотя каждая имеет свои особенности. Устойчивость водорослевых лесов поддерживается рядом механизмов обратной связи. Когда плотность ежей достигает критической точки, экосистема коллапсирует и превращается в "пустыню". Чтобы восстановить леса, популяция ежей должна стать очень малой.
Факторы восстановления водорослевых сообществ
Водоросли — виды большой экологической ценности: они первичные продуценты, стабилизируют субстрат, изменяют среду и создают микроареалы для других видов.
Механизмы обратной связи, способствующие стабильности и восстановлению лесов:
- Наличие хищников ежей (макро- и микропредators).
- Промысел ежей.
- Высокая продуктивность макроводорослей и большая биомасса.
- Явления, ограничивающие рост популяции ежей (штормы, изменения температуры воды).
Важны и характерные для каждого района виды водорослей. Условия для устойчивости системы различаются, если водоросли многолетние или сезонные. Эреу приводит пример: "Бурые водоросли рода Cystoseira, когда-то обильные в Средиземном море, исчезли во многих районах из-за антропогенного воздействия. Они многолетние, но имеют низкую способность к расселению из-за тяжёлых пропагул". В таких случаях эффективными мерами могут быть пересадка и мероприятия по рассеянию зигот.
Угрозы и меры защиты
Факторы, способствующие разрастанию "подводных пустынь":
- Перелов рыбы.
- Штормы и изменения температуры воды, благоприятные для ежей.
- Снижение продуктивности водорослей.
- Фасилитация выживания молоди взрослыми особями ежей.
- Действия человека, негативно влияющие на биоразнообразие.
Учёные подчёркивают, что для предотвращения коллапса естественных систем и разрушения водорослевых лесов — источников биоразнообразия — необходимо знать ключевые факторы. Бернат Эреу заключает: "Запрета на вылов рыбы недостаточно для восстановления этих местообитаний. Если мы хотим восстановить "пустыни" и вернуть водорослевые сообщества, можно воздействовать на популяции ежей и создавать структуры (например, пересаживать водоросли), чтобы ускорить процесс восстановления".