Undersøgelse opfordrer forskere til global forandring til at omfavne variabilitet

Forskere gør typisk alt for at holde alle faktorer, undtagen én konstant, når de laver et eksperiment. Globale videnskabsmænd flytter muligvis en koral fra et rev til et akvarium, hvis vand holdes 1°C højere for at teste virkningerne af havopvarmningen, der er forudsagt i slutningen af ​​århundredet. Eller de kan sænke vandets pH med 0,4 enheder for at studere virkningerne af havforsuring.

Men en ny oversigtsartikel præsenterer beviser, der taler for en mere nuanceret tilgang til designet af disse eksperimenter - en, der anerkender og målrettet inkorporerer den variabilitet, der er iboende i naturen.

Artiklen, i det seneste nummer af Aktuelle klimaændringsrapporter , fokuserer på undersøgelser, der undersøger, hvordan havopvarmning og forsuring kan påvirke koraller og koralalger. Hovedforfatter Emily Rivest fra William &Marys Virginia Institute of Marine Science siger, at dens fund sandsynligvis også kan anvendes på andre fundrevne revarter som østers.

"PH- og temperaturområdet, som nogle organismer oplever dagligt, overstiger de ændringer, vi forventer at se i det globale hav ved slutningen af ​​århundredet, " bemærker Rivest, en adjunkt ved VIMS. "Men vi ved ikke rigtig, hvordan denne variabilitet påvirker deres fysiologi og deres evne til at reagere på fremtidige forandringer. De artikler, vi har gennemgået, tyder på, at denne variabilitet er vigtig, og vi er nødt til at inkorporere det i vores eksperimenter."

Ja, der er en voksende konsensus om, at graden af ​​variation i temperatur og pH, en organisme står over for i sit nuværende miljø, sandsynligvis vil påvirke dens reaktion på fremtidig opvarmning og forsuring. For eksempel, en koral, der vokser i en lagune med bagrev – hvis begrænsede vand kan varmes drastisk hver eftermiddag under den brændende sol – kan være mindre modtagelig for langvarig opvarmning end en koral, der vokser i det mere åbne, tempereret vand i revet ansigt. Det samme kan gælde for hele arter eller bestande af varmetilpassede koraller.

I deres papir, Rivest og medforfatterne Steeve Comeau og Christopher Cornwall fra University of Western Australia gennemgik næsten 100 undersøgelser af, hvordan forudsagte ændringer i havets pH eller temperatur kan påvirke koralvækst. Men deres gennemgang fandt, at kun en "håndfuld" af undersøgelserne målrettet havde varieret disse faktorer, eller undersøgt vigtigheden af ​​naturlig variabilitet for præstationer af revorganismer.

Eksperimenterne, der inkorporerede variabilitet, faldt i to kategorier. "En type var undersøgelser, hvor man indsamler koraller fra et sted med høj variabilitet og et sted med lav variabilitet og ser, hvordan de klarer sig under kontrollerede laboratorieforhold, " siger Rivest. "Hvis variabiliteten er vigtig for at forme deres reaktion på miljøændringer, så afhænger deres svar af det websted, de er fra. "

Den anden type "så på variationen inden for laboratoriebehandlinger - at tage koraller ind i laboratoriet og hæve dem under konstante eller variable forhold, derefter give dem en ekstra stress og se, om den variabilitet, de oplevede i laboratoriet, påvirker deres reaktion på den stress."

Rivest og hendes kolleger fandt ud af, at inkorporering af variabilitet i et eksperimentdesign gav tvetydige og spændende resultater.

"Koraller fra levesteder med større temperaturvariationer udviser generelt større termotolerance, " siger Rivest, "men virkningerne af tidligere pH -variationer er mindre klare." På den anden side, hun siger, "I laboratorieundersøgelser, pH-variabilitet begrænsede ofte virkningerne af havforsuring, men virkningerne af temperaturvariationer på reaktioner på opvarmning var tvetydige."

Rivest, Comeau, og Cornwall siger, at deres resultater berettiger yderligere forskning. "Vi ønsker, at vores papir skal signalere starten på en ny æra i undersøgelser af, hvordan klimaændringer påvirker fundamentarter, " siger Rivest. "Vi er virkelig nødt til at overveje et dyrs nuværende miljø som et udgangspunkt for, hvordan det vil reagere i fremtiden - vi ønsker, at dette skal være et diskussionspunkt i vores felt, for hvordan vi skulle designe eksperimenter og tænke over disse spørgsmål fremadrettet. "

Holdet siger, at deres resultater også kan føre til praktiske anvendelser. "Hvis vi bedre ved, hvordan miljøvariabilitet påvirker dyrenes evne til at tolerere fremtidige miljøændringer, så kan vi tænke over det i en restaurerings- og bevaringssammenhæng, " siger Rivest. "F.eks. hvis du målretter mod et rev til restaurering, vi kunne starte et træningsprogram for koraller, hvor du dyrker dem i laboratoriet under variable forhold, så de ville være klar til at præstere godt ude i revmiljøet." Denne tilgang bliver allerede anvendt på Hawai'i Institute of Marine Biology, det australske institut for havvidenskab, og andre forskningslaboratorier verden over.

Rivest ledede en af ​​de feltundersøgelser, der er inkluderet i den nylige gennemgangsartikel - hvor hun sammenlignede koraller fra det varme vand i Fransk Polynesien med Taiwans køligere farvande - og har nu planer om at udvide denne forskning til forskellige dyr og farvande nær hendes nye hjem på den amerikanske østkyst. Hun kom til fakultetet ved Virginia Institute of Marine Science i Gloucester Point i 2016.

"Jeg tænker på østers som korallerne i Chesapeake Bay, " siger Rivest. "De giver lignende fordele, idet de skaber et tredimensionelt levested, der understøtter andre arter. Og variationen i pH og temperatur i bugten er endnu mere dramatisk, end vi ser i mange koralrev. Så jeg planlægger at stille de samme typer spørgsmål her. Der er meget, vi kan lære om, hvordan østers vil reagere på fremtidige miljøændringer blot ved at undersøge de naturlige miljøgradienter, de står over for i bugten lige nu."

Hun planlægger også at påbegynde en række laboratorieundersøgelser. "Jeg har endnu ikke haft evnen til nemt at manipulere temperatur- og pH-variationerne i laboratoriet, " siger Rivest, "men det akvariesystem, jeg bygger her, vil tillade mig at gøre det." Hun er ved at konstruere systemet i Seawater Research Lab på VIMS, en af ​​de største faciliteter af sin art i landet.