Rebecca Vega Thurber, Universitatea de Stat din Oregon, Deron Burkepile, Universitatea din California Santa Barbara

Uragane și scurgeri de apă. Ploaie rece și o temperatură de 100 grade Fahrenheit. Înțepături de meduză și corali de foc. Degete de la picioare, umeri, genunchi și degete rupte. Încurcături în unelte de pescuit și bărci blocate. Gândaci, țânțari și fluturi de nisip. Sute de scufundări SCUBA și mii de ore sub apă. Și pentru a termina totul, munți de tipuri de date foarte diferite de integrat.

peștele

Acestea sunt doar câteva dintre provocările cu care ne-am confruntat în efortul nostru de patru ani de a pune întrebarea nu atât de simplă: „Cum se intersectează trei factori umani - pescuitul excesiv, poluarea și schimbările climatice - pentru a provoca declinul recifelor de corali? ? ”

Privind comunitățile microbiene care trăiesc pe corali, cercetările noastre au descoperit un rol crucial pe care îl joacă peștii în protejarea recifelor de corali. Am descoperit, de asemenea, că acești pești împreună cu apă curată pot fi un tampon vital împotriva bolii coralilor și a declinului cauzat de încălzirea apelor oceanice provocate de schimbările climatice.

Declinul recifelor de corali și impactul uman

S-ar putea să fi văzut că situația recifelor de corali din lume, culmile biodiversității marine, a fost mult în știri în ultima vreme.

În prezent, creșterile temperaturii oceanului provocate de El Niño provoacă un al treilea eveniment de albire a coralilor la nivel mondial. Marea Barieră de Corali din Australia, unul dintre cele mai protejate și mai mari recife de corali din lume, ar putea pierde o treime din toți coralii. Jarvis, o insulă îndepărtată protejată de SUA, suferă o mortalitate inimaginabilă de 90% a coralilor.

În timp ce această veste proastă recentă pentru recife este atrăgătoare, recifele de corali au avut probleme de mult timp. Multe recife din întreaga lume au înregistrat scăderi treptate ale coralilor în ultimele două-trei decenii. Oamenii de știință au probat comunitatea microbiană sau microbiomul din jurul recifelor de corali pentru a evalua factorii globali și locali care afectează sănătatea recifelor. Becky Vega Thurber

Declinul coralilor are mulți vinovați, dar pot fi clasificați ca două tipuri majore, factorii de stres locali și globali. Stresorii locali implică aspecte ale activității umane care au impact asupra recifelor la scară regională mică, în timp ce factorii stresanți globali pot avea impact asupra recifelor de pe întreaga planetă. Stresorii locali sunt lucruri precum pescuitul excesiv, poluarea și sedimentarea din dezvoltarea costieră; ei pot ucide coralii singuri.

Dar acești factori locali nu apar niciodată în vid. Este probabil că aceste impacturi umane locale se combină cu factorii de stres global omniprezent, precum încălzirea oceanelor și acidificarea oceanelor, care determină uriașele evenimente de albire la care asistăm astăzi. Cu toate acestea, deși știm că apar simultan, oamenii de știință au investigat rareori efectele acestor factori de stres locali și globali combinați asupra recifelor de corali, în afara experimentelor simplificate și nerealiste bazate pe laborator, care sunt în general de durată scurtă.

De asemenea, majoritatea cercetărilor asupra recifelor de corali au evidențiat efectele acestor factori de stres umani asupra animalelor și plantelor evidente care trăiesc pe un recif de corali. În studiul nostru, am ales să ne concentrăm asupra vieții marine microscopice și asupra rolului acesteia în sănătatea coralilor.

În ultimele două decenii, oamenii de știință au ajuns să înțeleagă că toate organismele multicelulare au evoluat cu o varietate de microorganisme. La fel ca microbii care trăiesc pe și la oameni sănătoși, acest „microbiom” de corali ajută la adunarea substanțelor nutritive și minerale importante și la combaterea infecției de la agenții patogeni. Se consideră că modificările majore ale microbiomului, la oameni, corali sau alte organisme, sunt dăunătoare, deoarece pot schimba un sistem de la o stare sănătoasă „stabilă” la una bolnavă.

Astfel, noi (un microbiolog al coralilor și ecolog al comunității marine) am căutat să combinăm expertiza și experiența de lucru pe teren a laboratoarelor noastre pentru a testa efectele factorilor de stres locali și globali asupra coralilor, precum și asupra microbiomilor acestora.

Raționamentul nostru a fost că, schimbând fizic condițiile pe zone de recif pe termen lung, am putea monitoriza ceea ce s-ar întâmpla în mod natural în sistem de-a lungul anotimpurilor și, de asemenea, să vedem cum au transcend efectele la un nivel de complexitate (macroorganisme - adică coralii) până la un alt nivel de complexitate (microorganisme).

Rolul vital al peștilor erbivori

Am abordat aceste întrebări derulând un experiment pe teren de trei ani care a imitat pescuitul excesiv (folosind cuști de excludere a peștilor) și poluarea cu nutrienți (prin adăugarea de îngrășăminte comune de grădină) pe un recif de corali din Florida Keys, S.U.A. Pentru a face acest lucru, a trebuit să construim și să menținem experimentul sub apă timp de trei ani, ceea ce a necesitat întreținerea continuă a cuștilor noastre și aprovizionarea cu nutrienți la fiecare câteva săptămâni. Am monitorizat îndeaproape sănătatea și creșterea coralilor și algelor marine în experimentul nostru de patru ori pe an și am evaluat microbiomii a aproximativ 80 de corali lunar.

Folosind acest design experimental, am dorit să examinăm modul în care doi dintre cei mai frecvenți factori de stres de pe recife - supraexploatarea unor specii importante precum peștii erbivori (adică peștii care consumă alge marine) și poluarea cu nutrienți - afectează microbii care trăiesc pe corali și, în cele din urmă, sănătatea coralilor. Pentru a studia efectele poluării cu nutrienți și a populațiilor de pești asupra coralilor, cercetătorii au menținut un loc de testare timp de trei ani pe Florida Keys. Rebecca Vega Thurber

O mulțime de lucrări anterioare arată că peștii erbivori, în special peștii papagal, sunt importanți pentru a ajuta coralii să se reproducă, să crească și să supraviețuiască deoarece consumă alge marine care pot depăși, sufoca sau chiar otrăvi corali.

Munca noastră a consolidat faptul că acești pești erbivori protejează recifele prin prevenirea concurenței coral-algelor. Dar am arătat, de asemenea, că pierderea acestor pești a dus în cele din urmă la întreruperea ulterioară a microbiomului coral.

Când am eliminat peștii erbivori din recife, concurența dintre corali și alge a crescut, ceea ce a dus la scăderea unora dintre bacteriile benefice de pe corali, inclusiv bacterii care produc antibiotice pentru a menține la distanță bacteriile patogene dăunătoare.

Foarte important, prezența peștilor erbivori pare să amortizeze unele dintre efectele negative ale încălzirii oceanelor asupra coralilor. Știam acest lucru, deoarece stresul termic a dus la întreruperea microbiomilor corali și la moartea coralilor numai după ce peștii erbivori au fost deja eliminați. Cu alte cuvinte, în cele mai calde luni de vară și toamnă ale anului, 95 la sută din corali din zonele cu pești abundenți au supraviețuit și, de fapt, au crescut. Dar dacă am îndepărtat peștii, aproape 40% din corali au cedat competiției algelor marine și stresului termic și au murit.

Poluarea cu nutrienți transformă peștii în ucigași de corali

Deși peștii papagal sunt erbivore importante care ajută la menținerea recifelor curate de alge marine, multe dintre ele își completează periodic dieta prin mușcătura coralilor. În experimentul nostru, 100% din corali au supraviețuit acestor mușcături periodice foarte bine în condiții de nutrienți reduși, demonstrând că peștii papagal sunt o forță covârșitoare pozitivă pentru a ajuta coralii să persiste pe recife.

Unul dintre cele mai surprinzătoare și probabil îngrijorătoare elemente descoperite de studiul nostru a fost modul în care poluarea cu nutrienți - cum ar fi din scurgerile agricole sau din evacuarea apelor uzate - a schimbat impactul mușcăturilor de pește papagal asupra coralilor. Algele concurează cu corali pentru resurse, astfel încât peștii care mănâncă alge pot ajuta la prevenirea sănătății coralelor și a morții. Rebecca Vega Thurber

În prezența poluării cu nutrienți, 66% dintre corali au murit după ce au fost mușcați de peștii papagal. Acești corali au arătat, de asemenea, o creștere a bacteriilor patogene în detrimentul bacteriilor benefice în urma mușcăturilor de pește papagal, ducând probabil la mortalitatea coralilor. Plăgile de pește papagal au permis probabil un spațiu pentru colonizare de către bacterii noi și apoi excesul de nutrienți a permis creșterea nereglementată a acestor noi agenți patogeni.

Este important să rețineți că peștii papagal aici nu sunt problema. Poluarea cu nutrienți este problema, deoarece schimbă natura unei interacțiuni benefice în mod normal între specii pe aceste recife. Această constatare este deosebit de îngrijorătoare, deoarece sugerează că chiar și pe recifele în care peștii papagal sunt protejați de pescuit, o practică comună de gestionare pentru a proteja recifele, coralii pot fi în continuare în pericol dacă poluarea nu este, de asemenea, ținută sub control.

Ce facem pentru a salva recifele?

Munca noastră sugerează că gestionarea recifelor la nivel local prin protejarea speciilor importante de pești și minimizarea poluării poate ajuta la prevenirea morții coralilor. Chiar și în perioadele cele mai calde ale anului, când temperaturile au fost cele mai stresante, am văzut o mortalitate redusă a coralilor în locurile în care erau pești abundenți și niveluri scăzute de nutrienți. Un coral bolnav pe locul testului. Becky Vega Thurber

Eventual, protejarea peștilor și minimizarea poluării vor ajuta la protejarea coralilor de bacteriile patogene care ucid coralii în timpul evenimentelor termice stresante. Acest lucru este deosebit de important într-o eră a schimbărilor climatice globale în care temperatura oceanelor crește treptat. Munca noastră sugerează că există speranță pentru viitorul recifelor de corali.

Putem face puțin despre impactul masivului El Niños asupra recifelor de corali. Acestea sunt anomalii globale scăpate de controlul nostru. Dar, pești abundenți și apă curată pot fi esențiale pentru a ajuta recifele de corali să supraviețuiască temperaturilor oceanice normale din ce în ce mai stresante - cel puțin pe termen scurt. Pe termen lung, este esențial să se asigure persistența recifelor de corali, reducerea emisiilor de carbon și încetinirea schimbărilor climatice rapide.