Новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Санта-Круз, документирует этот резкий сдвиг в прибрежной экосистеме и анализирует события, которые его вызвали. Это был не постепенный спад, а резкий коллапс лесной экосистемы ламинарии в результате необычного потепления океана вдоль западного побережья, начавшегося в 2014 году, что является частью серии событий, которые в совокупности привели к уничтожению лесов ламинарии.
Исследование, опубликованное 5 марта в журнале Communications Biology, показывает, что леса водорослей к северу от Сан-Франциско были устойчивы к экстремальным потеплениям в прошлом, переживая другие сильные морские волны тепла и явления Эль-Ниньо. Но потеря ключевого хищника морских ежей, морской звезды подсолнечника, из-за болезни, вызванной морскими звездами, оставила водорослевые леса Северной Калифорнии без каких-либо хищников морских ежей, которые являются ненасытными травоядными водорослями.
«Одно время было много сбоев, которые привели к этому коллапсу, и теперь система остается в этом измененном состоянии», – сказала первый автор Мередит Макферсон, аспирантка по океанологии в Калифорнийском университете в Санта-Круз. "Это естественно динамичная система, которая в прошлом была действительно устойчивой к экстремальным явлениям, но исчезновение звезд подсолнечника привело к резкому падению устойчивости экосистемы.
В результате леса ламинарии не смогли противостоять воздействию морской жары и явления Эль-Ниньо в сочетании с восстанием морских ежей."
Исследователи использовали спутниковые снимки U.S. Миссия Landsat, начатая Геологической службой в 1985 году, для оценки исторических изменений в покрове лесного полога ламинарии.
Бычьи водоросли – доминирующие виды водорослей, образующие полог, к северу от залива Сан-Франциско, в то время как гигантские водоросли доминируют на юге.
Оба вида процветают, когда сильный подъем холодной глубокой воды выносит питательные вещества на поверхность вдоль побережья. Морские волны тепла и явления Эль-Ниньо подавляют прибрежный апвеллинг, что приводит к теплой воде и условиям с низким содержанием питательных веществ, в которых ламинария растет плохо.
«Раньше происходили большие изменения, когда сильное Эль-Ниньо резко уменьшало покров водорослей, но в прошлом оно всегда возвращалось», – сказал соавтор Рафаэль Кудела, профессор и заведующий кафедрой океанологии Калифорнийского университета в Санта-Крус. "Потеря устойчивости – вот что сделало этот раз другим – сочетание потепления океана и потери морских звезд позволило ежам взять верх."
Болезнь морской звездной истощения впервые появилась в 2013 году, поразив все типы морских звезд на Западном побережье. Морская звезда подсолнечника была среди наиболее пострадавших видов и недавно была внесена в список находящихся под угрозой исчезновения Международным союзом охраны природы.
В конце 2014 года в северо-восточной части Тихого океана появилась необычная морская волна тепла, которая в 2015 году распространилась по западному побережью, известная как «капля».
Примерно в то же время начало развиваться сильное явление Эль-Ниньо, принесшее теплую воду на побережье с юга. Теплая вода совпала с увеличением популяции морских ежей вдоль Северного побережья.
«Совмещение всех этих событий привело к невероятно драматической потере ламинарии», – сказал Кудела.
Леса водорослей сократились по всему побережью Калифорнии, но не в такой степени, как в Северной Калифорнии.
Бычьи водоросли – это однолетний вид, который ежегодно отрастает, что может сделать его более чувствительным к этим факторам стресса, чем гигантские водоросли. Но еще одним важным отличием Северной Калифорнии является отсутствие других хищников-ежей, таких как каланы, из-за которых, например, в заливе Монтерей сохранились участки здорового леса водорослей.
«Морских выдр не видели на Северном побережье с 1800-х годов», – сказал Макферсон. "Судя по спутниковым данным за последние 35 лет, водоросли прекрасно обходились без каланов, пока у нас все еще были звезды-подсолнухи. Когда они ушли, в системе не осталось хищников-ежей."
По ее словам, в будущем это означает, что перспективы восстановления лесов водорослей Северной Калифорнии невелики, если в систему не вернутся морские звезды подсолнечника или какой-либо другой хищник-еж. Даже если температура и питательные условия благоприятны для роста ламинарии, новым растениям ламинарии будет трудно укорениться среди пустошей ежей.
Были предприняты некоторые усилия, чтобы дайверы вручную удаляли ежей из выбранных мест и смотрели, может ли это помочь водорослям восстановиться, во главе с Калифорнийской программой проверки рифов (которая предоставила данные сублиторальных исследований для исследования). Вспышка болезни морских ежей также потенциально может привести к массовой гибели ежей и дать водорослям шанс на выздоровление.
Однако, по словам Макферсона, в отсутствие какого-либо механизма для сокращения популяций ежей восстановить и поддерживать леса водорослей будет сложно.
«Сейчас идет много исследований и дискуссий о лучших стратегиях управления на будущее», – сказала она. "Важно понимать и контролировать всю систему. Если мы собираемся предпринять усилия по восстановлению, мы должны сделать это, когда температура и условия содержания питательных веществ подходят для ламинарии."
Кудела сказал, что температура океана вдоль побережья начинает снижаться, оставаясь выше нормы с 2014 года. «В этом году мы, наконец, видим, что температура океана начинает снижаться, поэтому мы надеемся, что она изменится естественным образом, и водоросли снова смогут взлететь», – сказал он. "Мы действительно мало что можем сделать, кроме как продолжать следить за этим. Конечно, долгосрочным решением является сокращение выбросов углерода, чтобы у нас не было этих экстремальных явлений."