Чтобы лучше понять, как защитить коралловые рифы, группа микробиологов изучает, как изменения окружающей среды, такие как кислородное истощение и подкисление океана, создают цепную реакцию, которая приводит к гибели кораллов.
Большинство людей очарованы красочными и экзотическими коралловыми рифами, которые формируют среду обитания с, вероятно, самым большим биоразнообразием. Однако человечество представляет наибольшую опасность для этих хрупких экосистем в результате изменения климата, кислородного истощения и закисления океана. Индустриализация, обезлесение и интенсивное земледелие в прибрежных районах резко меняют условия жизни в океанах. В настоящее время ученые Института морской микробиологии им. Макса Планка из Бремена вместе со своими коллегами из Австралии, Султаната Оман и Италии изучают, как и почему кораллы погибают под воздействием седиментации. По их данным, кислородное истощение в сочетании с подкислением окружающей среды создает цепную реакцию, которая приводит к гибели кораллов.
Рифо-сформирующиеся каменные кораллы обитают в затопленных тропических мелководных прибрежных районах на 30 градусов к югу и северу от экватора. Коралловые полипы образуют карбонатные скелеты, которые формируют обширные рифы на протяжении сотен-тысяч лет. Фотосинтез симбиотических водорослей внутри полипов производит кислород и углеводороды из углекислого газа и воды, тем самым питая полипы.
С 1980-х годов изучается процесс обесцвечивания кораллов: повышенные температуры от 1 до 3 градусов заставляют водоросли вырабатывать токсины. Полипы реагируют на это изгнанием водорослей, и коралловый риф теряет свой цвет, как будто его обесцвечивают. Без симбионтов кораллы могут выжить всего несколько недель.
В прибрежных районах с чрезмерной эрозией почвы, где реки сливают питательные вещества, органические вещества и отложения в море, кораллы могут быстро умирать под воздействием осаждения. Мириам Вебер, научный сотрудник Института морской микробиологии им. Макса Планка в Бремене, объясняет научный подход: "Наша идея заключалась в том, что сочетание усиленного осаждения осадков с повышенной нагрузкой органического вещества и естественных микроорганизмов может привести к внезапной гибели кораллов. Чтобы получить представление о различных физических, химических и биологических параметрах, мы провели эксперименты в Австралийском институте морских наук (AIMS) в Таунсвилле в контролируемых условиях в больших контейнерах (мезокосмах), имитирующих естественную среду обитания".
Команда исследователей обнаружила, что решающие шаги в этом направлении сделаны:
- Факт 1: Когда двухмиллиметровый слой отложений, обогащенных органическими соединениями, покрывает кораллы, водоросли прекращают фотосинтез, поскольку свет блокируется.
- Факт 2: Если отложения органически обогащены, то при сбраживании органического материала с помощью микробной активности концентрация кислорода под пленкой снижается до нуля. Другие микробы поглощают более крупные углеродные соединения путем ферментации и гидролиза, снижая таким образом уровень pH.
- Факт 3: Недостаток кислорода и кислотные условия наносят непоправимый ущерб небольшим участкам коралловой ткани. Мертвый материал переваривается микробами, вырабатывающими сероводород - соединение, высокотоксичное для остальных кораллов. Процесс набирает обороты, и остальная часть покрытой осадками поверхности кораллов погибает менее чем за 24 часа.
Мириам Вебер: "Сначала мы думали, что токсичный сероводород является первым убийцей, но после интенсивных исследований в лаборатории и математического моделирования мы можем доказать, что органическое обогащение является проксимальной причиной, поскольку оно приводит к недостатку кислорода и подкислению, вытесняя кораллы из их природного баланса. Сульфид водорода только ускоряет распространение повреждений. Мы были поражены тем, что для запуска этого процесса достаточно всего 1% органического вещества в отложениях. Чрезвычайные последствия сочетания кислородного истощения и подкисления имеют важное значение, принимая во внимание растущее закисление океанов. Если мы хотим остановить это разрушение, нам нужны политические санкции для защиты коралловых рифов".
Катарина Фабриций из AIMS добавляет: "В этом исследовании впервые документально подтверждены механизмы, по которым отложения, обогащенные питательными веществами и органическими веществами, наносят ущерб коралловым рифам, в то время как бедные питательными веществами отложения, повторно взвешенные с морского дна ветрами и волнами, мало влияют на здоровье рифов. Необходимо совершенствовать методы землепользования, чтобы свести к минимуму потерю верхнего слоя почвы и питательных веществ с суши, чтобы они не смывались в прибрежное море".