«Сама по себе температура не объясняет, где в океане может жить животное», – сказал Дойч. "Вы должны учитывать кислород: сколько его содержится в воде, насколько хорошо организм может его поглощать и использовать, и как температура влияет на эти процессы."
Характеристики вида, общий уровень кислорода и температура воды в совокупности определяют, какие части океана «пригодны для дыхания» для различных обитающих в океане существ. Новое исследование, проведенное Дойчем, показывает, что самые разные морские животные – от позвоночных до ракообразных и моллюсков – уже населяют максимальный диапазон пригодного для дыхания океана, который позволяет их физиология.
Результаты, опубликованные в сентябре. 16 in Nature, также содержат предупреждение об изменении климата: поскольку более теплые воды будут содержать меньше кислорода, некоторые участки океана, пригодные для дыхания сегодня для данного вида, могут оказаться недоступными в будущем.
«Организмы сегодня в основном живут вплоть до самых высоких температур, которые могут обеспечить их достаточным количеством кислорода для уровня их активности, поэтому более высокие температуры немедленно повлияют на их способность получать достаточно кислорода», – сказал Дойч. "В ответ на потепление их уровень активности будет ограничен, или их среда обитания начнет сокращаться. Не то чтобы они были в порядке и просто продолжали."
Уровни кислорода и температуры меняются в разных водах океана. Как правило, вода около экватора более теплая и содержит меньше кислорода, чем более холодная вода около полюсов. Но при переходе от поверхности океана к более глубоким водам и кислород, и температура уменьшаются вместе.
Эти принципы создают сложные трехмерные модели уровней кислорода и температуры на разных глубинах и широтах. Анатомия, физиология и уровень активности организма определяют его потребности в кислороде, насколько эффективно он поглощает и использует доступный кислород в окружающей среде и как температура влияет на его потребность в кислороде.
Дойч и его соавторы – Джастин Пенн, докторант университета Южной Флориды по океанографии, и Брэд Сейбел, профессор Университета Южной Флориды – хотели понять, является ли воздухопроницаемость ограничивающим фактором при определении ареалов морских животных сегодня. Они объединили данные о температуре и содержании кислорода в океанах с опубликованными исследованиями физиологии, потребности в кислороде и метаболизма 72 видов пяти различных групп морских животных: хладнокровных позвоночных, таких как рыбы, и их родственников; ракообразные; моллюски; сегментированные черви; и медузы и их родственники.
Команда смоделировала, какие части океана являются обитаемыми, а какие нет для каждого вида. Исследователи показывают, что нынешний ареал вида обычно перекрывается с теми частями океанов, которые, по прогнозам, будут пригодны для его обитания.
Их модель предсказывает, что северные креветки, ракообразные, должны быть в состоянии получать достаточно кислорода в прохладных водах к северу от примерно 50 градусов северной широты – и это, как правило, ареал креветок сегодня. Маленькая пятнистая кошачья акула может обитать в умеренных и прохладных водах на разных глубинах, но вблизи тропиков только приповерхностные воды – выше 300 футов – пригодны для дыхания, что также отражается на ее текущем ареале.
Во многих случаях ареалы видов находятся на грани воздухопроницаемости, что указывает на то, что для морских животных способность получать достаточное количество кислорода может быть основным ограничивающим фактором при определении того, где они могут жить, добавил Дойч.
За пределами этого диапазона организмы подвержены риску гипоксии или недостатка кислорода.
Температура влияет как на то, сколько кислорода может удерживать морская вода, так и на то, сколько кислорода нужно животному для поддержания того же уровня активности. И без того тесное совпадение, которое наблюдали исследователи между воздухопроницаемостью и текущими диапазонами, указывает на то, что долгосрочное повышение температуры, которое ожидается в условиях изменения климата, скорее всего, ограничит ареалы обитания многих морских животных.
Это новое исследование следует за исследованием четырех видов Атлантического океана, проведенным в 2015 году командой Дойча, и основывается на его выводах, показывая, что различные виды во всех океанских бассейнах, как правило, обитают в максимальном ареале, на котором они в настоящее время могут.
В будущем Deutsch хочет включить дополнительные виды и продолжить изучение взаимосвязей между температурой, кислородом и физиологией.
Исследователи также хотели бы найти исторические примеры того, как морские виды меняют свой ареал в ответ на воздухопроницаемость воды, как это было показано ранее в этом году с северным анчоусом.
«Что мы действительно хотим найти, так это больше наблюдений за морскими видами, перемещающимися в соответствии с тем, что мы ожидаем, с температурными условиями и доступностью кислорода», – сказал Дойч. "Это даст нам твердые примеры того, чего ожидать, когда температура и кислородные условия будут колебаться и постоянно изменяться с изменением климата."
Исследование финансировалось Фондом Гордона и Бетти Мур, Национальным управлением океанических и атмосферных исследований и Национальным научным фондом.
Номера грантов: GBMF # 3775, OCE-1419323, OCE-1458967