Уничтожителей кораллов надо просто съесть

Коралловые рифы выцветают, утрачивают фотосинтетическую активность и погибают. Эта проблема выходит за рамки региональной. По прогнозам ученых, мировая акватория в скором времени может остаться вовсе без рифов и атоллов. Длительное время биологи не могли разобраться в причинах, которые вызывают гибель кораллов.

Жизнь кораллов

Коралловые рифы -- геологические известковые структуры, создающие условия для жизни огромного количества животных и растений. Колониальные коралловые полипы сотрудничают с некоторыми видами водорослей и извлекают из морской воды карбонаты. Таким образом формируются «гостеприимные домики» для морских животных -- рифы.

Коралловые полипы поселяются на мелководье в тропических водах. В основном рифы располагаются в Тихом и Индийском океанах. Общая площадь коралловых рифов в мире превышает 25 млн кв. км. Несмотря на внушительные территории, которые они занимают, коралловые рифы довольно беззащитны. Один из распространенных, но неизученных «коралловых недугов» -- выцветание. Обесцвеченные колонии утрачивают способность к фотосинтезу, перестают развиваться и достаточно быстро разрушаются и разлагаются. За последние 30 лет площадь кораллового рифа в Карибском море, например, сократилась на 80%. Около трети рифов мировой акватории находится на грани исчезновения.

Почему вымирают рифы

Биологам известно, что на месте «кораллового некрополя» довольно быстро появляются новые поселенцы -- водоросли. Возможно, что водоросли и коралловые полипы находятся в конкурентных взаимоотношениях, и гибель рифов связана с физическим и химическим воздействием макрофитов. Но может быть, водоросли просто занимают освободившуюся нишу, и винить их в «коралловых недомоганиях» нельзя.

Дуглас Би Рашер (Douglas B. Rasher) и Марк Хей (Mark E. Hay) из Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology) исследовали, как влияют друг на друга коралловые полипы, водоросли и растительноядные водные организмы. В эксперименте ученые использовали кораллы из Карибского моря и тропических вод Тихого океана -- Porites spp. и ряд водорослей, подозреваемых в пагубном воздействии, -- Lobophora, Halimeda, Dictyota, Amphiroa и другие.

Исследователи отмечают, что ранее проведенные эксперименты, мониторинг и комплексный анализ единогласно указывают на то, что растительноядные животные защищают кораллы от вымирания. То есть в присутствии рыб, моллюсков и бентосных организмов кораллы «болеют» меньше. При этом «коралловые болезни» обязательно сопровождаются изобилием водорослей. Несмотря на кажущуюся ясность, в исследованиях были пробелы, которые не позволяли подвести черту и четко ответить, почему выцветают и погибают рифы.

Ученые попытались разобраться в причинно-следственных связях и понять, кто, кого и почему угнетает. Прежде всего удалось выяснить, что под влиянием несимбиотических морских водорослей кораллы теряют фотосинтетическую активность. В некоторых случаях погибло до 70% полипов. Ученые предположили, что причиной могут служить физические (затенение и истирание) или химические (аллелопатические взаимодействия) факторы. Учитывая, что негативные эффекты проявлялись лишь при непосредственном контакте водорослей и кораллов, исследователи исключили из «списка подозреваемых» водорастворимые химические вещества.

Чтобы найти «виновника», авторы провели серию экспериментов со специально выращенными химически инертными водорослями. Оказалось, что ни затенение, ни механическое влияние фотосинтетическую активность не снижают и выцветание не вызывают. Тогда ученые выделили из водорослей жирорастворимые активные химические соединения, которые могли оказывать губительное влияние при прямом контакте с водорослями, и «полили» ими кораллы. Концентрация действующего вещества не превышала критических значений, экспериментальный раствор не содержал никаких отравляющих примесей. Тем не менее уже через два дня на кораллах появились белые пятна. Такой результат говорит сам за себя, особенно если учесть, что инертные водоросли не вызвали никаких изменений даже через 16 дней.

Исследователи получили новые, ранее неизвестные данные. Предполагалось, что губительное воздействие могут оказывать органические метаболиты бентоса -- сахар и углеводы, которые создают условия для размножения патогенных организмов. Всего лишь однажды, говорят авторы, высказывалась мысль о том, что ключевую роль могут играть химические аллелопатические взаимодействия (1991). Результаты эксперимента, опубликованные в журнале PNAS, бескомпромиссно подтверждают это предположение.

Смещенное равновесие

В последней части эксперимента ученые показали, что защитить кораллы от вредного влияния могут растительноядные животные. Они, поедая водоросли, контролируют их численность и снижают риск «опасного контакта». По результатам исследования ученые делают вывод, что удаление растительноядных животных из акватории увеличивает риск гибели кораллов. Соответственно, предотвратить экологическое бедствие можно. Надо лишь восстановить баланс между растительными и животными организмами.

Американские исследователи уверены, что познание физической, химической и экологической составляющих этого механизма позволит регулировать взаимодействие между кораллами и водорослями, защищать рифы от выцветания и разрушения.

Переоткрытие американцев

Статью коллег из Джорджии прокомментировал Infox.ru ведущий научный сотрудник физико-химической лаборатории биомембран биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова доктор биологических наук Сергей Остроумов. Он пояснил, что на примере рифов в данной статье удалось показать, насколько важно в экосистеме поддерживать баланс. И если мы его нарушаем, то возникают сперва невидимые, но важные для стабильного состояния экосистемы и всей планеты последствия. Так, отток травоядных животных, связанный в первую очередь с рыбным промыслом и углеводородным загрязнением, косвенно увеличивает биомассу водорослей. Водоросли разрушают кораллы и тем самым способствуют изменению климата, вымиранию некоторых организмов. «Экосистему можно сравнить с автомобилем. Если в машине все исправно, но одно колесо слегка сдуто, то ее заносит на всех поворотах. В конечном итоге она улетает в кювет. То же самое происходит с экосистемой. Даже незначительные и невидимые изменения смещают равновесие системы и способны привести к катастрофе», -- говорит Сергей Остроумов.

Тем не менее, исследование американцев революции в ученом мире не сделало. Еще в 1986 году Сергей Остроумов написал книгу «Введение в биохимическую экологию», в которой сформулировал теорию химического взаимодействия организмов. Результаты американских ученых соответствуют описанной теории и современным представлениям о хемоаллелопатических взаимодействиях: «Эта теория была разработана очень давно. Жаль, что сейчас она "открывается повторно". Но несмотря на это, хочу отметить несомненную важность проведенного эксперимента. Исследование не связано с методологическими сложностями, но его результаты имеют очевидное прикладное значение, -- говорит российский ученый. -- Коралловые рифы играют важную роль в поддержании экологического и климатического равновесия на всей планете. Они концентрируют карбонаты, а, значит, и углерод. Тонны коралловых рифов связывают многие тонны углерода. При этом температурный режим на планете зависит от соотношения атмосферного углекислого газа и углерода, растворенного в Мировом океане. Поэтому массовая гибель кораллов, несомненно, повлечет увеличение концентрации углерода в воде, и, соответственно, климатические изменения. Несмотря на то, что прогнозировать масштабы возможных изменний сложно, они очевидны», -- говорит эколог.