Forskere viser, at tropiske rev kan være vært for koral- eller tangsamfund under de samme forhold

Tropiske rev er sårbare økosystemer, følsom over for en række miljøforhold og forstyrrelser, som kan ændre deres sammensætning fra pulserende koralrev til store marker med tang eller golde murbrokker.

Nu har forskere ved UC Santa Barbara fastslået, at disse tydeligt forskellige samfund kan bestå under nøjagtig de samme forhold. Fundene, som optræder i Proceedings of the National Academy of Sciences , kunne have brede konsekvenser for økologi og bevaring på verdensplan.

Makroalger, almindeligvis kaldet tang, har en tendens til at udkonkurrere koraller på rev, medmindre de holdes i skak af planteædere. Som resultat, mængden af ​​planteædende på et rev er en stærk faktor til at bestemme, om stedet vil være et koralrev eller en mark med tang.

"Rev i mange dele af verden er skiftet fra koraller til tang, og spørgsmålet er, hvad der holder revet domineret af tang i stedet for at vende tilbage til koraller, " sagde professor Sally Holbrook fra UC Santa Barbara's Marine Science Institute (MSI), en af ​​avisens medforfattere.

En mulighed er, at miljøet ændrede sig på en måde, der favoriserer tangen, og så selvom tangen forsvandt, de nye forhold ville ikke længere passe koraller. Men forskerne ville afgøre, om der kunne være en anden forklaring, en med meget forskellige implikationer for forvaltning af koralrev. De undersøgte, om et robust koralsamfund og et robust tangsamfund både kunne forekomme og bestå under de samme miljøforhold - nemlig mængden af ​​planteædende på revet.

I eksperimenter på det National Science Foundation-finansierede Moorea Coral Reef Long Term Ecological Research site på Moorea, Fransk Polynesien, gruppen undersøgte først, om der var et planteædende niveau, hvor både koraller og alger kunne forblive på revet, kaldet en bistabil region. Og hvis dette var tilfældet, de ønskede at bestemme, hvor dette vindue lå i forhold til de nuværende forhold på revet.

Forskerne reducerede planteædende aktivitet til forskellige niveauer ved at lukke visse områder af revet i bur, så fiskene ikke kunne komme ind for at nappe algerne. De sætter bure op på størrelse med en brødrister-ovn, i grupper, på arealer, der i starten enten havde eller ikke havde tang. Hver gruppe havde bure med forskellige hulstørrelser, der skabte en gradient fra steder, der næppe var tilgængelige for nogen planteædere, til dem, der rummede alle undtagen de største algeædere.

Denne opsætning gjorde det muligt for forskerholdet at bestemme, hvilke niveauer af planteædende, der forhindrede tang i at tage fat, samt hvilke niveauer der skulle til for at fjerne eksisterende tang. De opdagede, at vendingen ikke fandt sted under de samme forhold, begge veje.

"Vi fandt ud af, at det kræver langt mere planteædende at fjerne tang, end det gør for at forhindre det, " sagde hovedforfatter Russ Schmitt, også med MSI, og en professor ved Institut for Økologi, Evolution og marinbiologi. "Det betyder, at der er en mængde planteædende, hvor habitatet kan bestå enten som et koralrev eller som et tangdomineret rev, afhængigt af om samfundet startede som koral eller tang. Intet andet skal adskille sig."

Da eksperimentet strakte sig over flere år, holdet var i stand til at demonstrere, at deres resultater holdt over flere generationer af tang. "Det er første gang, at et felteksperiment har vist, at det er muligt for to forskellige, vedvarende samfund til at eksistere under de samme forhold på et koralrev, sagde Schmitt.

Og resultaterne er mere end akademiske. "En grund til, at dette fund er vigtigt, er, at det tyder på, at et stort chok for revet kan vende det fra koral til tang uden nogen ændring i mængden af ​​planteædende, " sagde medforfatter Samantha Davis, koordinator for bacheloruddannelserne ved universitetets Center for Science and Engineering Partnerships. "Og en gang vendt, så vil revet forblive domineret af tang."

MSI-forsker Thomas Adam, en anden af ​​avisens medforfattere, er enig. "Vendningen er svær at vende, fordi kun en meget stor forstyrrelse kan få revet til at vende tilbage til koraller, " sagde han. "Vores andet felteksperiment testede denne idé."

Tanken er, at hvis forholdene var i denne bistabile region, så efter et lille chok skulle samfundet vende tilbage til sin tidligere tilstand. Et stort chok, på den anden side, ville ændre det paradigme, som systemet fungerede under, sende den til en anden sammensætning, hvor det så ville blive.

Holdet simulerede en begivenhed som en cyklon ved at skrubbe alger af små pletter af lagunerevet, en sektion, de havde fastslået, var i dette overlappende stabilitetsområde. Og revet opførte sig ligesom modellen forudsagde. Urørte områder forblev i deres oprindelige tangtilstand, mens moderat forstyrrede områder vendte tilbage til tangmarker og forblev sådan i årevis. Imidlertid, rev udsat for en mere drastisk forstyrrelse vendt til en tangfri tilstand, hvilket gjorde det muligt for koraller at tage fat. Bortset fra de forskellige forstyrrelser i starten af ​​eksperimentet, miljøforholdene var de samme på alle steder.

Denne dynamik giver to udfordringer for bevaring. Først, det viser, at det er vanskeligere at genoprette et ændret system til dets tidligere tilstand – som at rehabilitere en tang-dækket lagune til et blomstrende koralrev end blot at opretholde et samfund i dets oprindelige tilstand. Sekund, det antyder, at selv et tilsyneladende sundt økosystem kan være sårbart over for dramatiske ændringer i dets samfund. Uden at ændre forholdene på revet, et stort nok stød til systemet kunne flytte et økosystem til en anden tilstand, hvor den så forbliver fanget.

Heldigvis, selve undersøgelsens metodologi tilbyder et kraftfuldt værktøj til at bestemme, hvor sårbart et økosystem kan være for at skifte fra en tilstand til en anden, samt for at vurdere, hvor svært det kan være at vende et sådant skifte. "De metoder, vi udviklede, giver en køreplan til at vurdere, hvor et økosystem ligger på en miljømæssig gradient - i vores tilfælde forskellige niveauer af planteædende - i forhold til et vendepunkt, hvor økosystemet kan skifte fra en vedvarende tilstand til en anden, " sagde MSI-projektforsker Andrew Brooks, også medforfatter. Det giver dem også mulighed for at bestemme, om dette vendepunkt ligger i et område med bistabilitet.

"Koralrev glider væk, " sagde Dan Thornhill, en National Science Foundation langsigtet økologisk forskningsprogramleder. "Vi ser et globalt skift fra levende koralrevsøkosystemer til tangmarker. Men disse videnskabsmænd viser, at under de rigtige forhold, rev kan vende tilbage fra forstyrrelse."