Идет четвертое в мире массовое обесцвечивание кораллов, но у рифов может быть больше шансов на восстановление

Коралловые рифы мира подобны подводным городам, кишащим всевозможными рыбами и морскими животными.Коралловые рифы покрывают менее 1% площади океана, но поддерживают около 25% всех морских видов, включая многие важные виды рыб.Экономическая ценность услуг, которые предоставляют эти сложные экосистемы, оценивается в более 3,4 миллиарда долларов США в год только в США.

Сегодня повышение температуры океана угрожает выживанию многих рифов.Когда океанские воды надолго становятся слишком теплыми, кораллы вытесняют красочные симбиотические водоросли, называемые зооксантеллами., которые живут в их тканях – этот процесс называется обесцвечиванием кораллов.Эти водоросли обеспечивают кораллам пищу, поэтому обесцвеченные кораллы уязвимы к голоду и болезням и могут погибнуть, если вода не остынет достаточно быстро.

С глобальным океанским теплом на рекордном уровне, учёные подтвердили это В настоящее время происходит глобальное мероприятие по обесцвечиванию кораллов.С начала 2023 года кораллы умирают в Индийском, Тихом и Атлантическом океанах, как к северу, так и к югу от экватора.

Нынешний эпизод обесцвечивания в большом Карибском регионе длится дольше и серьезнее, чем любой предыдущий эпизод обесцвечивания, зарегистрированный со времени первого глобального обесцвечивания в 1998 году.Я учусь крупномасштабный климат и динамика океана и я анализирую, как биологические связи между коралловыми рифами – иногда простирающиеся на большие расстояния – могут помочь рифам восстановиться после теплового стресса.

Рифовые отношения

Учитывая, как быстро температура океана повышается, ученые работают над разработкой стратегий реагирования.К ним относятся сделать кораллы более устойчивыми к жаре;восстановление поврежденных участков здоровыми кораллами; переезд коралловых питомников в более прохладные места; разведение «суперкораллов»», которые более устойчивы к этим стрессам;и улучшение природные химические сигналы и звуковые сигналы для привлечения личинок кораллов и рыб к поврежденным рифам.

Многие виды рыб, обитающих на коралловых рифах, играют ценную роль в поддержании здоровья этих сообществ.Например, морские водоросли конкурируют с кораллами за пространство и свет и часто захватывают рифы после эпизодов обесцвечивания.

Кораллы остаются более здоровыми и восстанавливаются быстрее, если их окружают рыбы, питающиеся различными видами морских водорослей, например рыба-попугай, рыба-хирург и рыба-кролик.Отражая свою роль, эти виды часто называют травоядными.

Морские огурцы – кожистые донные обитатели, отдаленное родство с морскими звездами и ежами – также являются важными рифовыми партнерами.Они питаются бактериями и другими органическими материалами в океанских отложениях, очищая территорию вокруг рифов.

Мой коллега из Технологического института Джорджии Марк Хэй недавно опубликовал исследование, которое показало, что удаление морских огурцов из рифовых сообществ привело к увеличению количества органических отходов и 15-кратный рост смертности кораллов.Защита морских огурцов, которые чрезмерно собирают в качестве источника пищи, может помочь сохранить здоровье коралловых рифов.

Роль океанской связи

Коралловые рифы не являются изолированными форпостами.Когда рыбы и кораллы нерестятся, они выпускают миллионы личинок, которые дрейфуют по течениям и разносятся по рифам через процессы смешивания и транспортировки.Эти обмены составляют связь коралловых рифов.

Некоторые рифы поставляют личинки многим другим.Другие рифы более изолированы, поэтому ученым, возможно, придется искусственно внедрить личинок, чтобы помочь рифам восстановиться после обесцвечивания и других угроз.

Исследования показывают, что хорошо связанные рифы быстрее восстанавливаться после стрессов, таких как отбеливание.Получение обильных запасов кораллов и личинок рыб, приносимых океанскими течениями издалека, помогает восстановить обесцвеченные территории и сохранить разнообразие рифовых сообществ.Сохранение этой связи является ключом к сохранению рифов.

Однако измерение связности требует много времени и средств.Исследователи собирают образцы кораллов с рифов, которые могут быть связаны между собой, и анализируют ДНК кораллов, чтобы восстановить их генетическую историю.Это дает представление о том, насколько взаимосвязаны различные группы населения.

Мы также используем компьютерные модели для имитировать океанские течения, несущие виртуальных личинок от мест их выпуска до мест, где они расселяются.Но течения не фиксированы на месте, как шоссе:Их сила и направление меняются со временем, в зависимости от сезона и года.Изучение связи рифов требует проведения многолетнего модельного моделирования, охватывающего небольшие территории в мельчайших деталях, что требует большого количества вычислений.

Результаты машинного обучения

Сейчас, машинное обучение предлагает новый способ анализа рифовых связей.Эта подобласть искусственного интеллекта позволяет компьютерам изучать задачи или ассоциации без явного указания.Вместо этого они используют алгоритмы для решения различных задач.

Моя исследовательская группа разработала инструмент, который собирает информацию об океанских течениях, полученную из спутниковых данных;создает сеть экорегионов или территорий, где экосистемы в целом схожи;и рассчитывает их связность за последние 30–40 лет..Затем мы выявляем подводные камни с лучшими связями, используя Центральность PageRank – алгоритм, разработанный Google для измерения популярности веб-страниц.

После того, как мы определили сеть экорегионов, можно определить, насколько «популярны» (то есть связаны) известные рифы.И мы можем убедиться, что наши алгоритмы работают хорошо, наблюдая, содержат ли «популярные» рифовые сообщества более разнообразные и здоровые популяции кораллов.

Мы обнаружили, что в Коралловый треугольник Юго-Восточной Азии – самая большая горячая точка биоразнообразия на Земле – периодические сдвиги между Климатические модели Эль-Ниньо и Ла-Нинья продвигать биоразнообразие и, вероятно, сделали это за последние 5-7 миллионов лет.Связь во время явлений Эль-Ниньо сильно отличается от связи во время Ла-Ниньяс, потому что океанские течения другие.Эта динамика помогает рифам, гарантируя, что они получают личинок из разных мест в разные годы.

Понимание того, какие характеристики кораллов и окружающей среды помогают сделать рифы устойчивыми, и объединение этой информации с сетями связи открывает новые возможности, помогающие кораллам выжить немного дольше.Вместе эти подходы показывают, как и где расставить приоритеты в усилиях по мониторингу и восстановлению.

В долгосрочной перспективе единственным способом остановить вымирание кораллов и защитить рифовые среды обитания, поддерживающие так много морской жизни, является ограничение загрязнения воды и сдерживание изменения климата.Но более локализованные действия, которые сделают рифы более здоровыми, могут выиграть для них некоторое время и, возможно, сделать их более устойчивыми к потеплению океана.