Wybielanie koralowców - Coral bleaching

Bielony koral
Zdrowy koral

Blaknięcie koralowców to proces, w którym koralowce stają się białe z powodu różnych stresorów, takich jak zmiany temperatury, światła lub składników odżywczych. Bielenia następuje po koralowe polipy wydaleniu glonów ( zooxantellae ), które żyją w ich tkankach, powodując korala włączyć bieli. Zooxantellae są fotosyntetyczne i wraz ze wzrostem temperatury wody zaczynają wytwarzać reaktywne formy tlenu . Jest to toksyczne dla koralowców, więc koralowce wyrzucają zooxantelle. Ponieważ zooxantellae wytwarzają większość pigmentacji koralowców, tkanka koralowców staje się przezroczysta, odsłaniając szkielet koralowca zbudowany z węglanu wapnia . Większość bielonych koralowców wydaje się jasnobiała, ale niektóre są pastelowo niebieskie, żółte lub różowe z powodu białek w koralach.

Bielone koralowce nadal żyją, ale są bardziej podatne na choroby i głód. Zooxanthellae dostarczają do 90 procent energii koralowców, więc koralowce są pozbawione składników odżywczych, gdy zooxanthellae są wydalane. Niektóre koralowce wracają do zdrowia, jeśli warunki powrócą do normy, a niektóre koralowce mogą się wyżywić. Jednak większość koralowców bez zooxantelli głoduje.

Zwykle polipy koralowe żyją w endosymbiotycznej relacji z zooxantellae. Ta zależność ma kluczowe znaczenie dla zdrowia koralowców i rafy, które zapewniają schronienie dla około 25% całego życia morskiego. W tym związku koralowiec zapewnia zooxantellae schronienie. W zamian zooxantellae dostarczają związki, które dają koralowi energię poprzez fotosyntezę. Ten związek pozwolił koralowcom przetrwać co najmniej 210 milionów lat w środowiskach ubogich w składniki odżywcze. Blaknięcie koralowców jest spowodowane rozpadem tego związku.

Główną przyczyną bielenia koralowców jest wzrost temperatury wody. Temperatura o około 1 °C (lub 2 °F) powyżej średniej może powodować wybielanie. Według Programu Narodów Zjednoczonych ds. Ochrony Środowiska w latach 2014-2016 najdłuższe odnotowane globalne zjawiska bielenia spowodowały śmierć koralowców na niespotykaną dotąd skalę. W 2016 r. bielenie koralowców na Wielkiej Rafie Koralowej zabiło od 29 do 50 procent koralowców rafy. W 2017 roku wybielanie rozszerzyło się na centralny region rafy. Średnia przerwa między bieleniami zmniejszyła się o połowę w latach 1980-2016. Najbardziej tolerancyjne na bielenie koralowce na świecie można znaleźć w południowej części Zatoki Perskiej/Arabskiej. Niektóre z tych koralowców wybielają tylko wtedy, gdy temperatura wody przekracza ~35 °C

Proces

Koralowce i mikroskopijne glony łączą się w symbiozie. Kiedy temperatura wody staje się zbyt wysoka, glony opuszczają tkankę koralową, a koralowiec zaczyna głodować.
Zooxanthellae , mikroskopijne glony żyjące w koralowcach, nadają im kolor i dostarczają im pożywienia poprzez fotosyntezę

Koralowce, które tworzą wielkie ekosystemy rafowe mórz tropikalnych, zależą od symbiotycznego związku z podobnymi do glonów jednokomórkowymi pierwotniakami wiciowców zwanymi zooksantellami, które żyją w ich tkankach i nadają koralowi kolor. Zooxantellae dostarczają koralowcom składników odżywczych poprzez fotosyntezę , kluczowy czynnik w czystych i ubogich w składniki odżywcze wodach tropikalnych. W zamian koralowiec dostarcza zooxantellae dwutlenku węgla i amonu potrzebnego do fotosyntezy. Negatywne warunki środowiskowe, takie jak nienormalnie ciepłe lub chłodne temperatury, silne światło, a nawet niektóre choroby mikrobiologiczne, mogą prowadzić do załamania symbiozy koralowców/zooxantelli. Aby zapewnić krótkotrwałe przeżycie, polip koralowy zjada lub wydala zooxantelle. Prowadzi to do jaśniejszego lub całkowicie białego wyglądu, stąd określenie „wybielony”. W łagodnych warunkach stresowych niektóre koralowce mogą wydawać się jasnoniebieskie, różowe, fioletowe lub żółte zamiast białego, zjawisko znane jako „kolorowe bielenie”. Ponieważ zooxantelle dostarczają do 90 procent potrzeb energetycznych koralowców poprzez produkty fotosyntezy, po wydaleniu koralowiec może zacząć głodować.

Koral może przetrwać krótkotrwałe zakłócenia, ale jeśli warunki, które prowadzą do wypędzenia zooksantelli, utrzymują się, szanse na przeżycie koralowców maleją. Aby zregenerować się po wybielaniu, zooxantelle muszą ponownie wejść do tkanek polipów koralowych i wznowić fotosyntezę, aby podtrzymać koralowiec jako całość i ekosystem od niego zależny. Jeśli polipy koralowe umrą z głodu po wybieleniu, ulegną rozkładowi. Gatunki koralowców twardych pozostawią wtedy szkielety z węglanu wapnia , które zostaną przejęte przez algi , skutecznie blokując ponowny wzrost koralowców. W końcu szkielety koralowców ulegną erozji, powodując zawalenie się struktury rafy.

Wyzwalacze

Zdrowy koral po lewej i bielony, ale wciąż żywy, koral po prawej

Blaknięcie koralowców może być spowodowane wieloma czynnikami. Zlokalizowane wyzwalacze prowadzą do miejscowego wybielania, ale masowe wybielanie koralowców w ostatnich latach zostało wywołane przez globalne ocieplenie. Oczekuje się, że w warunkach zwiększonego stężenia dwutlenku węgla spodziewanego w XXI wieku koralowce będą coraz rzadsze w systemach rafowych. Rafy koralowe zlokalizowane w ciepłej, płytkiej wodzie o niskim przepływie wody zostały bardziej dotknięte niż rafy zlokalizowane na obszarach o wyższym przepływie wody.

Lista wyzwalaczy

Kolorowe wybielanie sfotografowane w Palawan na Filipinach w 2010 roku. Kolory pochodzą z wysokich stężeń pigmentów przeciwsłonecznych wytwarzanych przez żywiciela koralowców
Bielony koral – częściowo porośnięty glonami

Imprezy masowego wybielania

Bielony koral Acropora z normalnym koralowcem w tle

Podwyższona temperatura wody morskiej jest główną przyczyną masowego bielenia. Sześćdziesiąt głównych epizodów bielenia koralowców miało miejsce w latach 1979-1990, a związana z tym śmiertelność koralowców dotyka raf we wszystkich częściach świata. W 2016 roku zarejestrowano najdłuższe wydarzenie bielenia koralowców. Najdłuższe i najbardziej destrukcyjne zjawisko bielenia koralowców miało miejsce z powodu El Niño, które miało miejsce w latach 2014-2017. W tym czasie ponad 70 procent raf koralowych na całym świecie zostało uszkodzonych.

Czynniki, które wpływają na wynik wybielania, obejmują odporność na stres, która zmniejsza wybielanie, tolerancję na brak zooksantelli i szybkość wzrostu nowych koralowców, aby zastąpić martwe. Ze względu na niejednolity charakter bielenia lokalne warunki klimatyczne, takie jak cień lub strumień chłodniejszej wody, mogą zmniejszyć częstość występowania bielenia. Zdrowie i genetyka koralowców i zooksantelli również wpływają na wybielanie.

Duże kolonie koralowców, takie jak Porites, są w stanie wytrzymać ekstremalne szoki temperaturowe, podczas gdy delikatne, rozgałęzione koralowce, takie jak Acropora, są znacznie bardziej podatne na stres związany ze zmianą temperatury. Koralowce stale narażone na niski poziom stresu mogą być bardziej odporne na bielenie.

Naukowcy uważają, że najstarsze znane wybielanie miało miejsce w późnym dewonie (fran/famen), również wywołane wzrostem temperatury powierzchni morza. Doprowadziło to do upadku największych raf koralowych w historii Ziemi.

Według Clive'a Wilkinsona z Global Coral Reef Monitoring Network w Townsville w Australii, w 1998 r. masowe bielenie, które miało miejsce w regionie Oceanu Indyjskiego, było spowodowane wzrostem temperatury mórz o 2°C w połączeniu z silnym zjawiskiem El Niño w 1997 r. 1998 .

Uderzenie

Dwa obrazy Wielkiej Rafy Koralowej pokazujące, że najcieplejsza woda (zdjęcie na górze) pokrywa się z rafami koralowymi (zdjęcie na dole), tworząc warunki, które mogą powodować blaknięcie koralowców

Oczekuje się, że w latach 2012–2040 rafy koralowe będą doświadczać częstszych procesów bielenia. Międzyrządowy Zespół do spraw Zmian Klimatu (IPCC) uważa to za największe zagrożenie dla systemów raf na świecie. W tym okresie utracono 19 procent raf koralowych na całym świecie, a 60 procent pozostałych raf jest bezpośrednio zagrożonych utratą. Istnieje kilka sposobów na rozpoznanie wpływu bielenia koralowców na rafy: pokrywa koralowa (im więcej koralowców pokrywa ziemię, tym mniejszy wpływ miało bielenie) i obfitość koralowców (liczba różnych żyjących gatunków na rafie koralowej ). Wraz ze wzrostem liczby przypadków bielenia koralowców na całym świecie, National Geographic zauważył w 2017 r.: „W ciągu ostatnich trzech lat 25 raf — które stanowią trzy czwarte światowych systemów rafowych — doświadczyło poważnych zdarzeń wybielania, które naukowcy uznali za najgorszą w historii wybielania do tej pory."

Bielenie koralowców i późniejsza utrata pokrycia koralowcami często powodują spadek różnorodności ryb. Utrata różnorodności i liczebności ryb roślinożernych szczególnie wpływa na ekosystemy raf koralowych. Ponieważ masowe bielenie występuje częściej, populacje ryb będą się nadal homogenizować. Mniejsze i bardziej wyspecjalizowane gatunki ryb, które wypełniają określone nisze ekologiczne, które są kluczowe dla zdrowia koralowców, są zastępowane bardziej uogólnionymi gatunkami. Utrata specjalizacji prawdopodobnie przyczyni się do utraty odporności ekosystemów raf koralowych po wybielaniu.

Pacyfik

W tej części Wielkiej Rafy Koralowej w Australii miało miejsce wielkie wydarzenie bielenia koralowców .

Wielka Rafa Koralowa

Great Barrier Reef wzdłuż wybrzeży Australii doświadczonych zdarzeń bielące w 1980, 1982, 1992, 1994, 1998, 2002, 2006, 2016 i 2017. niektórych miejscach doznały poważnych uszkodzeń, a nawet do 90% śmiertelności. Najbardziej rozpowszechnione i intensywne wydarzenia miały miejsce latem 1998 i 2002 roku, odpowiednio 42% i 54% raf wybielonych w pewnym stopniu i 18% silnie wybielonych. Jednak straty koralowców na rafie w latach 1995-2009 zostały w dużej mierze zrekompensowane przez wzrost nowych koralowców. Ogólna analiza utraty koralowców wykazała, że ​​populacje koralowców na Wielkiej Rafie Koralowej zmniejszyły się o 50,7% w latach 1985-2012, ale tylko około 10% tego spadku można przypisać blednięciu, a pozostałe 90% spowodowane w mniej więcej równym stopniu przez cyklony tropikalne i przez drapieżniki rozgwiazdy korony cierniowej . Globalne masowe bielenie koralowców ma miejsce od 2014 roku z powodu najwyższych odnotowanych temperatur nękających oceany. Te temperatury spowodowały najpoważniejsze i najbardziej rozpowszechnione blaknięcie koralowców, jakie kiedykolwiek odnotowano na Wielkiej Rafie Koralowej. Najpoważniejsze bielenie w 2016 roku miało miejsce w pobliżu Port Douglas. Pod koniec listopada 2016 r. badania 62 raf wykazały, że długotrwały stres cieplny spowodowany zmianami klimatycznymi spowodował 29-procentową utratę koralowców płytkowodnych. Największą śmierć koralowców i utratę siedlisk rafowych miały rafy przybrzeżne i środkowe półki wokół Cape Grenville i Zatoki Księżniczki Charlotte. Scenariusze umiarkowanego ocieplenia IPCC (B1 do A1T, 2°C do 2100, IPCC, 2007, Tabela SPM.3, s. 13) przewidują, że koralowce na Wielkiej Rafie Koralowej najprawdopodobniej będą regularnie doświadczać temperatur wystarczająco wysokich w lecie , aby wywołać bielenie .

Hawaje

W 1996 roku pierwsze poważne bielenie koralowców na Hawajach miało miejsce w Zatoce Kaneohe, a następnie poważne bielenie na wyspach północno-zachodnich w 2002 i 2004 roku. W 2014 roku biolodzy z University of Queensland zaobserwowali pierwsze masowe bielenie i przypisali je The Blob . W 2014 i 2015 roku badanie przeprowadzone w Hanauma Bay Nature Preserve na Oahu wykazało, że 47% koralowców cierpi na bielenie koralowców i blisko 10% umiera. W 2014 i 2015 roku 56% raf koralowych na dużej wyspie zostało dotkniętych bieleniem koralowców. W tym samym okresie, 44% koralowców na zachodnim Maui zostało zniszczonych. 24 stycznia 2019 r. naukowcy z The Nature Conservancy odkryli, że rafy zaczęły się stabilizować prawie 4 lata po ostatnim zdarzeniu bielenia. Według Wydziału Zasobów Wodnych (DAR) w 2019 r. nadal występowało znaczne wybielanie. Na Oahu i Maui wybielono do 50% raf koralowych. Na dużej wyspie około 40% koralowców uległo wybieleniu na wybrzeżu Kona . DAR stwierdził, że ostatnie wydarzenia związane z wybielaniem nie były tak złe, jak wydarzenia z lat 2014-2015. W 2020 roku National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) opublikowała pierwszy w historii ogólnokrajowy raport o stanie raf koralowych. W raporcie stwierdzono, że północno-zachodnie i główne wyspy hawajskie były w „uczciwym” stanie, co oznacza, że ​​koralowce zostały umiarkowanie dotknięte.

Wyspa Jarvis

Osiem poważnych i dwa umiarkowane przypadki wybielania miały miejsce w latach 1960–2016 w społeczności koralowców na wyspie Jarvis , a wybielanie w latach 2015–2016 wykazało bezprecedensową dotkliwość w rekordzie.

Japonia

Według raportu rządu japońskiego z 2017 r., prawie 75% największej rafy koralowej w Japonii na Okinawie zmarło z powodu bielenia.

Ocean Indyjski

Prowincje rafy koralowej zostały trwale zniszczone przez wysokie temperatury mórz, najdotkliwiej na Oceanie Indyjskim. Do 90% pokrywy koralowej zostało utracone na Malediwach, Sri Lance , Kenii i Tanzanii oraz na Seszelach podczas masowego bielenia w latach 1997-98. Ocean Indyjski w 1998 roku zgłosił, że 20% jego koralowców wyginęło, a 80% uległo wybieleniu. Płytkie obszary tropikalne Oceanu Indyjskiego już doświadczają, jak przewiduje się w przyszłości, warunków oceanicznych na całym świecie. Koralowce, które przetrwały w płytkich obszarach Oceanu Indyjskiego, mogą być odpowiednimi kandydatami do działań na rzecz odbudowy koralowców w innych częściach świata, ponieważ są w stanie przetrwać ekstremalne warunki oceaniczne.

Malediwy

Malediwy posiada ponad 20.000 km 2 raf, z czego ponad 60% z korala poniósł z bielenia w 2016 roku.

Tajlandia

Tajlandia doświadczyła poważnego masowego blaknięcia w 2010 roku, które dotknęło 70% koralowców na Morzu Andamańskim . Od 30% do 95% bielonych koralowców zginęło.

Indonezja

W 2017 roku przeprowadzono badanie na dwóch wyspach w Indonezji, aby sprawdzić, jak wygląda ich pokrywa koralowa. Jednym z miejsc były Wyspy Melinjo, a drugim Wyspy Saktu. Na wyspie Saktu warunki życia zostały zakwalifikowane jako złe, ze średnią pokrywą koralową na poziomie 22,3%. Na Wyspach Melinjo warunki życia zostały zakwalifikowane jako złe, ze średnią pokrywą koralową 22,2%.

Ocean Atlantycki

Stany Zjednoczone

Na południowej Florydzie badanie dużych koralowców z 2016 r. od Key Biscayne do Fort Lauderdale wykazało, że około 66% koralowców było martwych lub zredukowanych do mniej niż połowy ich żywej tkanki.

Belize

Pierwsze odnotowane masowe wybielanie, które miało miejsce na rafie koralowej Belize , miało miejsce w 1998 roku, gdzie temperatura poziomu morza osiągnęła do 31,5°C (88,7°F) od 10 sierpnia do 14 października. Przez kilka dni huragan Mitch przyniósł burzową pogodę 27 października, ale obniżył temperaturę tylko o 1 stopień lub mniej. W tym czasie nastąpiło masowe bielenie rafy przedniej i laguny. Podczas gdy niektóre kolonie rafy przedniej ucierpiały, śmiertelność koralowców w lagunie była katastrofalna.

Najbardziej rozpowszechnionym koralowcem na rafach Belize w 1998 roku był koralowiec sałaty, Agaricia tenuifolia . W dniach 22 i 23 października przeprowadzono ankiety w dwóch miejscach, a wyniki były druzgocące. Praktycznie cały żyjący koralowiec był wybielony na biało, a ich szkielety wskazywały, że niedawno umarły. Na dnie laguny widoczne było całkowite wybielenie wśród A. tenuifolia . Co więcej, badania przeprowadzone w 1999 i 2000 roku wykazały prawie całkowitą śmiertelność A. tenuifolia na wszystkich głębokościach. Podobne wzorce wystąpiły również w innych gatunkach koralowców. Pomiary zmętnienia wody sugerują, że śmiertelność tę przypisywano wzrostowi temperatury wody, a nie promieniowaniu słonecznemu.

Karaiby

Pokrycie twardych koralowców na rafach na Karaibach zmniejszyło się o około 80%, ze średnio 50% w latach 70. do zaledwie około 10% na początku XXI wieku. Badanie z 2013 r., które miało być kontynuacją masowego bielenia roślin w Tobago z 2010 r., wykazało, że już po roku większość dominujących gatunków zmniejszyła się o około 62%, podczas gdy liczebność koralowców zmniejszyła się o około 50%. Jednak w latach 2011-2013 pokrywa koralowa wzrosła w przypadku 10 z 26 dominujących gatunków, ale spadła w przypadku 5 innych populacji.

Inne obszary

Koral na południu Morza Czerwonego nie blaknie pomimo letnich temperatur wody do 34 °C (93 °F). Bielenie koralowców w Morzu Czerwonym jest bardziej powszechne w północnej części raf, południowa część rafy była nękana przez koralowce żywiące się rozgwiazdami, łowienie dynamitem i wpływ człowieka na środowisko. W 1988 r. miało miejsce masowe wybielanie raf, które dotknęło rafy w Arabii Saudyjskiej iw Sudanie, rafy południowe były bardziej odporne i wpłynęły na nie w niewielkim stopniu. Wcześniej uważano, że Północ bardziej cierpi z powodu bielenia koralowców, ale wykazują one szybką wymianę koralowców, a uważano, że południowa rafa nie cierpi z powodu bielenia tak dotkliwie, wykazują większą spójność. Jednak nowe badania pokazują, gdzie rafa południowa powinna być większa i zdrowsza niż północna, której nie było. Uważa się, że jest to spowodowane poważnymi zaburzeniami w niedawnej historii, spowodowanymi bieleniami i koralowcami jedzącymi rozgwiazdy. W 2010 roku w Arabii Saudyjskiej i Sudanie miało miejsce bielenie koralowców, gdzie temperatura wzrosła od 10 do 11 stopni. Niektóre taksony doświadczyły bielenia od 80% do 100% swoich kolonii, podczas gdy niektóre wykazywały blaknięcie średnio 20% tych taksonów.

Wpływ gospodarczy i polityczny

Według Briana Skoloffa z The Christian Science Monitor : „Jeśli rafy znikną, zdaniem ekspertów, może dojść do głodu, biedy i niestabilności politycznej”. Ponieważ niezliczone życie morskie zależy od raf jako schronienia i ochrony przed drapieżnikami, wyginięcie raf doprowadziłoby ostatecznie do efektu domina , który spłynąłby do wielu ludzkich społeczeństw, które są uzależnione od tych ryb jako żywności i środków do życia. W ciągu ostatnich 20 lat na Florida Keys nastąpił spadek o 44% , a na samych Karaibach do 80% .

Rafy koralowe zapewniają różne usługi ekosystemowe , z których jedną jest naturalne łowisko, ponieważ wiele często spożywanych ryb komercyjnych składa ikrę lub żyje w rafach koralowych w tropikach. Rafy są więc popularnym łowiskiem i ważnym źródłem dochodów rybaków, zwłaszcza małych, lokalnych łowisk. Ponieważ siedlisko rafy koralowej zmniejsza się z powodu bielenia, zmniejsza się również populacja ryb związanych z rafą, co wpływa na możliwości połowowe. Model z jednego badania Speers et al. obliczono, że bezpośrednie straty w rybołówstwie z powodu zmniejszonej pokrywy koralowej wyniosą około 49-69 miliardów dolarów, jeśli społeczeństwa ludzkie będą nadal emitować wysokie poziomy gazów cieplarnianych. Straty te można by jednak zmniejszyć, uzyskując nadwyżkę konsumenta w wysokości około 14–20 miliardów dolarów, gdyby społeczeństwa zdecydowały się zamiast tego emitować niższy poziom gazów cieplarnianych. Te straty gospodarcze mają również istotne implikacje polityczne, ponieważ spadają nieproporcjonalnie na kraje rozwijające się, w których znajdują się rafy, a mianowicie w Azji Południowo-Wschodniej i wokół Oceanu Indyjskiego. Reagowanie na utratę raf koralowych kosztowałoby więcej krajów na tych obszarach, ponieważ musiałyby korzystać z różnych źródeł dochodu i żywności, oprócz utraty innych usług ekosystemowych, takich jak ekoturystyka . Badanie ukończone przez Chen et al. zasugerowali, że wartość handlowa raf spada o prawie 4% za każdym razem, gdy pokrywa koralowa zmniejsza się o 1% z powodu strat w ekoturystyce i innych potencjalnych zajęciach rekreacyjnych na świeżym powietrzu.

Rafy koralowe działają również jako bariera ochronna dla linii brzegowych, zmniejszając uderzenia fal, co zmniejsza szkody spowodowane burzami, erozją i powodziami. Kraje, które stracą tę naturalną ochronę, stracą więcej pieniędzy z powodu zwiększonej podatności na burze. Ten pośredni koszt, w połączeniu z utraconymi przychodami z turystyki, przyniesie ogromne efekty ekonomiczne.

Monitorowanie temperatury powierzchni morza rafowego

Amerykańska Narodowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna (NOAA) monitoruje wybielanie „gorących punktów”, obszarów, w których temperatura powierzchni morza wzrasta o 1°C lub więcej powyżej długoterminowej średniej miesięcznej. „Gorące punkty” to miejsca, w których mierzy się stres termiczny, a wraz z rozwojem stopniowego tygodnia ogrzewania (CWU) monitorowany jest stres termiczny rafy koralowej. Globalne blaknięcie koralowców jest wykrywane wcześniej dzięki satelitarnym teledetekcji wzrostu temperatury mórz. Konieczne jest monitorowanie wysokich temperatur, ponieważ bielenie koralowców wpływa na reprodukcję rafy koralowej i normalną zdolność wzrostu, a także osłabia koralowce, prowadząc ostatecznie do ich śmiertelności. System ten wykrył ogólnoświatowe zjawisko wybielania w 1998 r., które odpowiadało zdarzeniu El Niño w latach 1997-98 . Obecnie NOAA monitoruje 190 raf na całym świecie i wysyła ostrzeżenia do naukowców i menedżerów raf za pośrednictwem strony internetowej NOAA Coral Reef Watch (CRW). Monitorując wzrost temperatury mórz, wczesne ostrzeżenia przed blaknięciem koralowców, ostrzegają zarządzających rafami, aby przygotowali się i zwrócili uwagę na przyszłe wydarzenia związane z blaknięciem koralowców. Pierwsze masowe globalne zjawiska bielenia zostały zarejestrowane w 1998 i 2010 roku, kiedy to El Niño spowodował wzrost temperatury oceanów i pogorszenie warunków życia koralowców. El Niño w latach 2014–2017 został odnotowany jako najdłuższy i najbardziej szkodliwy dla koralowców, który uszkodził ponad 70% naszych raf koralowych. Zgłoszono, że ponad dwie trzecie Wielkiej Rafy Koralowej jest wyblakłe lub martwe.

Zmiany w chemii oceanów

Rosnące zakwaszenie oceanów spowodowane wzrostem poziomu dwutlenku węgla nasila bielące skutki stresu termicznego. Zakwaszenie wpływa na zdolność koralowców do tworzenia szkieletów wapiennych, niezbędnych do ich przetrwania. Dzieje się tak, ponieważ zakwaszenie oceanu zmniejsza ilość jonów węglanowych w wodzie, co utrudnia koralowcom wchłanianie węglanu wapnia, którego potrzebują do budowy szkieletu. W rezultacie odporność raf spada, a rafy łatwiej ulegają erozji i rozpuszczaniu. Ponadto wzrost CO 2 umożliwia roślinożercom przełowienie i odżywianie, aby zmienić ekosystemy zdominowane przez koralowce w ekosystemy zdominowane przez glony. Niedawne badanie przeprowadzone przez Atkinson Center for a Sustainable Future wykazało, że w połączeniu ze wzrostem zakwaszenia i temperatury poziomy CO 2 mogą stać się zbyt wysokie, aby koralowce mogły przetrwać w ciągu zaledwie 50 lat.

Wybielanie koralowców z powodu fotoinhibicji Zooxanthellae

Zooxanthellae to rodzaj bruzdnic, które żyją w cytoplazmie wielu bezkręgowców morskich. Członkowie gromady Dinoflagellata są okrągłymi mikroalgami, które łączą symbiotyczną relację z gospodarzem. Są również częścią rodzaju Symbiodinium i Kingdom Alveolata. Organizmy te to fitoplankton, a zatem ulegają fotosyntezie. Produkty fotosyntezy, czyli tzw. tlen, cukier itp. są wykorzystywane przez organizm gospodarza, aw zamian zooxantellae otrzymują schronienie i ochronę, a także dwutlenek węgla, fosforany i inne niezbędne związki nieorganiczne, które pomagają im przetrwać i rozwijać się. Zooxanthellae dzielą 95% produktów fotosyntezy z koralem gospodarzem. Według badania przeprowadzonego przez DJ Smith et al. fotoinhibicja jest prawdopodobnym czynnikiem w bieleniu koralowców. Sugeruje to również, że nadtlenek wodoru wytwarzany w zooxanthealle odgrywa rolę w sygnalizowaniu sobie ucieczki od koralowców. Fotoinhibicja Zooxanthellae może być spowodowana ekspozycją na filtry UV znajdujące się w produktach higieny osobistej. W badaniu przeprowadzonym przez Zhong et al., oksybenzon (BP-3) miał najbardziej negatywny wpływ na zdrowie zooxantelli. Połączenie wzrostu temperatury i obecności filtrów UV w oceanie jeszcze bardziej pogorszyło zdrowie zooksantelli. Połączenie filtrów UV i wyższych temperatur doprowadziło do dodatkowego efektu fotoinhibicji i ogólnego stresu gatunków koralowców.

Choroba zakaźna

Bakterie zakaźne z gatunku Vibrio shiloi są środkiem wybielającym Oculina patagonica w Morzu Śródziemnym , wywołując ten efekt atakując zooxantelle. V. shiloi jest zakaźny tylko w ciepłych okresach. Podwyższona temperatura zwiększa zjadliwość V. shiloi , które następnie są zdolne do przylegania do receptora zawierającego beta-galaktozyd w powierzchniowej śluzówce koralowca żywiciela. Następnie V. shiloi penetruje naskórek koralowców, namnaża się i wytwarza zarówno termostabilne, jak i wrażliwe na ciepło toksyny , które wpływają na zooxantelle, hamując fotosyntezę i powodując lizę .

Latem 2003 r. rafy koralowe w Morzu Śródziemnym wydawały się nabierać odporności na patogen i nie zaobserwowano dalszej infekcji. Główną hipotezą dla powstałej odporności jest obecność symbiotycznych społeczności bakterii ochronnych żyjących w koralowcach. Gatunki bakterii zdolne do lizy V. shiloi nie zostały zidentyfikowane do 2011 roku.

Adaptacja koralowców

Ten schemat pokazuje, w jaki sposób wybielanie może wyzwalać produkcję pigmentów przeciwsłonecznych, które są odpowiedzialne za jasne kolory obserwowane podczas niektórych procesów wybielania. W przypadku łagodnego lub krótkiego epizodu stresu, pigmenty ochronne mogą pomóc symbiontom alg powrócić do koralowca po zakończeniu epizodu stresu, pomagając koralowi odzyskać siły i przetrwać zdarzenie wybielania.

W 2010 roku naukowcy z Penn State odkryli koralowce, które rozwijały się podczas używania niezwykłego gatunku symbiotycznych glonów w ciepłych wodach Morza Andamańskiego na Oceanie Indyjskim. Normalne zooxantelle nie są w stanie wytrzymać tak wysokich temperatur, jak tam były, więc to odkrycie było nieoczekiwane. Daje to naukowcom nadzieję, że wraz ze wzrostem temperatur spowodowanym globalnym ociepleniem rafy koralowe rozwiną tolerancję na różne gatunki symbiotycznych alg, które są odporne na wysokie temperatury i mogą żyć w rafach. W 2010 roku naukowcy z Uniwersytetu Stanforda odkryli również koralowce na Wyspach Samoa, które doświadczają drastycznego wzrostu temperatury przez około cztery godziny dziennie podczas odpływu. Koralowce nie blakną ani nie umierają, niezależnie od wysokiego wzrostu ciepła. Badania wykazały, że koralowce u wybrzeży wyspy Ofu w pobliżu Samoa Ameryki zostały wyszkolone, aby wytrzymać wysokie temperatury. Naukowcy zadają teraz nowe pytanie: czy możemy w ten sposób kondycjonować koralowce, które nie pochodzą z tego obszaru i powoli wprowadzać je do wyższych temperatur na krótkie okresy czasu i uczynić je bardziej odpornymi na wzrost temperatury oceanu.

Niektóre łagodne procesy wybielania mogą powodować, że koralowce wytwarzają wysokie stężenia pigmentów przeciwsłonecznych, aby chronić się przed dalszym stresem. Niektóre z wytworzonych pigmentów mają różowe, niebieskie lub fioletowe odcienie, podczas gdy inne są silnie fluorescencyjne . Produkcja tych pigmentów przez płytkowodne koralowce jest stymulowana przez niebieskie światło. Kiedy koralowce wybielają, niebieskie światło w tkance koralowca znacznie się zwiększa, ponieważ nie jest już absorbowane przez fotosyntetyczne pigmenty znajdujące się w symbiotycznych algach, a zamiast tego jest odbijane przez biały szkielet koralowca. Powoduje to wzrost produkcji pigmentów przeciwsłonecznych, przez co bielone koralowce wydają się bardzo kolorowe zamiast białych – zjawisko to nazywane jest czasem „barwnym bieleniem koralowców”.

Sztuczna pomoc

W 2020 roku naukowcy poinformowali, że wyewoluowali 10 szczepów klonalnych powszechnych endosymbiontów mikroalg koralowych w podwyższonych temperaturach przez 4 lata, zwiększając ich tolerancję termiczną na odporność na klimat . Trzy ze szczepów zwiększyły tolerancję koralowców na bielenie po ponownym wprowadzeniu do larw żywicieli koralowców. Ich szczepy i odkrycia mogą potencjalnie mieć znaczenie dla adaptacji i łagodzenia zmian klimatu. Planowane są dalsze testy szczepów glonów w dorosłych koloniach różnych gatunków koralowców.

W 2021 r. naukowcy wykazali, że probiotyki mogą pomóc rafom koralowym w łagodzeniu stresu cieplnego, wskazując, że może to uczynić je bardziej odpornymi na zmiany klimatu i łagodzić blaknięcie koralowców.

Odzyskiwanie i zmiany w systemie makroglonów

Po tym, jak koralowce doświadczą bielenia w wyniku podwyższonego stresu temperaturowego, niektóre rafy są w stanie powrócić do swojego pierwotnego stanu sprzed bielenia. Rafy albo wracają do zdrowia po bieleniu, gdzie są ponownie skolonizowane przez zooxantelle , albo doświadczają zmiany reżimu , gdzie wcześniej kwitnące rafy koralowe są przejmowane przez grube warstwy makroglonów. Hamuje to dalszy wzrost koralowców, ponieważ glony wytwarzają związki przeciwporostowe, które hamują osadnictwo i konkurują z koralami o przestrzeń i światło. W rezultacie makroalgi tworzą stabilne społeczności, które utrudniają ponowny wzrost koralowców. Rafy będą wtedy bardziej podatne na inne problemy, takie jak pogarszająca się jakość wody i usuwanie ryb roślinożernych, ponieważ wzrost koralowców jest słabszy. Odkrycie, co powoduje, że rafy są odporne lub odbudowują się po bieleniach, ma podstawowe znaczenie, ponieważ pomaga informować o działaniach ochronnych i skuteczniej chronić koralowce.

Podstawowym przedmiotem badań dotyczących odzyskiwania koralowców jest idea superkoralowców, inaczej koralowców, które żyją i rozwijają się w naturalnie cieplejszych i bardziej kwaśnych regionach i zbiornikach wodnych. Po przeszczepieniu na zagrożone lub wybielone rafy, ich odporność i napromieniowanie mogą przygotować algi do życia wśród wybielonych koralowców. Jak sugeruje Emma Camp, badaczka National Geographic, biogeochemik morski i ambasador bioróżnorodności organizacji charytatywnej IBEX Earth, superkoralowce mogą być w stanie długofalowo pomagać w walce z uszkodzonymi rafami. Chociaż odbudowa zniszczonych i wybielonych raf koralowych może zająć od 10 do 15 lat, superkoralowce mogą mieć trwałe skutki pomimo zmiany klimatu, ponieważ oceany podnoszą się do temperatury i zyskują większą kwasowość. Wspierany przez badania Ruth Gates , Camp przyjrzał się niższym poziomom tlenu i ekstremalnym, nieoczekiwanym siedliskom, w których można znaleźć rafy na całym świecie.

Koralowce okazały się odporne na krótkotrwałe zakłócenia. Odzyskiwanie zostało pokazane w po burzy i inwazji rozgwiazdy korony cierniowej . Gatunki ryb radzą sobie lepiej po zaburzeniach raf niż gatunki koralowców, ponieważ koralowce wykazują ograniczoną regenerację, a skupiska ryb rafowych wykazują niewielkie zmiany w wyniku krótkotrwałych zaburzeń. W przeciwieństwie do tego, zespoły ryb w rafach, które ulegają bieleniu, wykazują potencjalnie szkodliwe zmiany. Jedno badanie przeprowadzone przez Bellwood et al . Zauważa, że ​​chociaż bogactwo, różnorodność i liczebność gatunków nie uległy zmianie, skupiska ryb zawierały gatunki bardziej ogólne i mniej zależne od koralowców. Reakcje na bielenie koralowców są różne w zależności od gatunków ryb rafowych, w zależności od tego, jakie zasoby są dotknięte. Rosnąca temperatura morza i bielenie koralowców nie mają bezpośredniego wpływu na śmiertelność dorosłych ryb, ale istnieje wiele pośrednich konsekwencji obu tych czynników. Populacje ryb związanych z koralami mają tendencję do zmniejszania się z powodu utraty siedlisk; jednak niektóre populacje ryb roślinożernych odnotowały drastyczny wzrost ze względu na wzrost kolonizacji glonów na martwych koralowcach. Badania wskazują, że potrzebne są lepsze metody pomiaru wpływu zakłóceń na odporność koralowców.

cytryna damselfish
Pomacentrus moluccensis ( Pomacentrus moluccensis ) jest gatunkiem związanym z koralowcami, który, jak wykazano, dramatycznie zanika w wyniku bielenia koralowców.

Do niedawna czynniki pośredniczące w regeneracji raf koralowych z bielenia nie były dobrze zbadane. Badania Grahama i in. (2015) zbadali 21 raf wokół Seszeli w regionie Indo-Pacyfiku, aby udokumentować długoterminowe skutki bielenia koralowców. Po utracie ponad 90% koralowców w wyniku bielenia w 1998 r. odzyskano około 50% raf, a około 40% raf doświadczyło zmiany reżimu na kompozycje zdominowane przez makroalgi. Po dokonaniu oceny czynników wpływających na prawdopodobieństwo wyzdrowienia, w badaniu zidentyfikowano pięć głównych czynników: gęstość młodych koralowców, początkową złożoność strukturalną, głębokość wody, biomasę ryb roślinożernych oraz warunki pokarmowe na rafie. Ogólnie rzecz biorąc, odporność była najbardziej widoczna w systemach raf koralowych, które były strukturalnie złożone i w głębszych wodach.

Rola ekologiczna i funkcjonalne grupy gatunków również odgrywają rolę w przywracaniu potencjału zmiany reżimu w systemach rafowych. Rafy koralowe są dotknięte erozją biologiczną, skrobaniem i wypasem gatunków ryb. Gatunki bioerodujące usuwają martwe koralowce, gatunki zdrapujące usuwają glony i osady w celu dalszego przyszłego wzrostu, gatunki pasące się usuwają glony. Obecność każdego rodzaju gatunków może wpływać na zdolność do normalnego poziomu rekrutacji koralowców, co jest ważną częścią regeneracji koralowców. Obniżoną liczbę gatunków wypasanych po wybielaniu koralowców na Karaibach porównuje się do systemów zdominowanych przez jeżowce, które nie podlegają zmianom reżimu w warunkach zdominowanych przez mięsiste makroalgi.

Zawsze istnieje możliwość nieobserwowalnych zmian, ukrytych strat lub odporności, w zdolności społeczności koralowców do wykonywania procesów ekologicznych. Te tajemnicze straty mogą skutkować nieprzewidzianymi zmianami reżimu lub przewrotami ekologicznymi. Bardziej szczegółowe metody określania stanu zdrowia raf koralowych, które uwzględniają długoterminowe zmiany w ekosystemach koralowych oraz bardziej świadome polityki ochrony są niezbędne do ochrony raf koralowych w nadchodzących latach.

Odbudowa raf koralowych

Prowadzone są badania, które pomogą spowolnić śmiertelność koralowców. Realizowane są projekty na całym świecie mające na celu uzupełnienie i odbudowę raf koralowych. Obecne wysiłki na rzecz odbudowy koralowców obejmują mikrofragmentację, hodowlę koralowców i relokację. Populacja koralowców gwałtownie spada, więc naukowcy przeprowadzają eksperymenty na koralowcach i zbiornikach badawczych, aby pomóc uzupełnić ich populację. Te zbiorniki badawcze naśladują naturalne środowisko raf koralowych w oceanie. Hodują koralowce w tych zbiornikach, aby wykorzystać je do swoich eksperymentów, więc nigdy więcej koralowców nie krzywdzi się ani nie pobiera z oceanu. Przesadzają również z powodzeniem wyhodowane koralowce ze zbiorników badawczych i umieszczają je w obszarach oceanicznych, gdzie rafy wymierają. Ruth Gates i Madelaine Van Oppen przeprowadzają eksperyment w niektórych zbiornikach hodowlanych i badawczych koralowców. Próbują stworzyć „super koralowce”, które mogą wytrzymać niektóre czynniki środowiskowe, od których koralowce obecnie umierają. Van Oppen pracuje również nad opracowaniem rodzaju alg, które będą miały symbiotyczny związek z koralowcami i będą w stanie wytrzymać wahania temperatury wody przez długi czas. Ten projekt może pomóc w uzupełnieniu naszych raf, ale proces uprawy koralowców w zbiornikach badawczych jest bardzo czasochłonny. Pełen wzrost i dojrzałość koralowców może zająć co najmniej 10 lat, aż będą mogły się rozmnażać. Po śmierci Ruth Gates w październiku 2018 r. jej zespół w Gates Coral Lab w Hawai'i Institute of Marine Biology kontynuuje badania nad wysiłkami restauracyjnymi. Kontynuacja prac badawczych i rekonstrukcyjnych w Gates Coral Lab koncentruje się na skutkach korzystnych mutacji, zmienności genetycznej i relokacji dzięki pomocy człowieka na odporność raf koralowych. Od 2019 roku zespół Gates Coral Lab ustalił, że techniki renowacji na dużą skalę nie będą skuteczne; lokalne wysiłki na rzecz odbudowy raf koralowych na zasadzie indywidualnej są testowane pod kątem bardziej realistycznych i skutecznych, podczas gdy prowadzone są badania mające na celu określenie najlepszych sposobów walki z niszczeniem koralowców na masową skalę.

Wartość ekonomiczna raf koralowych

Rafy koralowe zapewniają schronienie około jednej czwartej wszystkich gatunków oceanicznych. Eksperci szacują, że usługi związane z rafą koralową są warte nawet 1,2 miliona dolarów na hektar, co przekłada się na średnio 172 miliardy dolarów rocznie. Korzyści płynące z raf koralowych obejmują zapewnienie struktur fizycznych, takich jak ochrona wybrzeża, usługi biotyczne w ekosystemach i między nimi, usługi biogeochemiczne, takie jak utrzymywanie poziomu azotu w oceanie, rejestry klimatyczne oraz usługi rekreacyjne i komercyjne (turystyczne). Rafy koralowe są jednym z najlepszych ekosystemów morskich do wykorzystania jako źródło pożywienia. Rafy koralowe są również idealnym siedliskiem dla rzadkich i ważnych gospodarczo gatunków ryb tropikalnych, ponieważ stanowią idealny obszar dla ryb do rozmnażania i tworzenia żłobków. Jeśli populacje ryb i koralowców w rafie są wysokie, możemy wykorzystywać teren jako miejsce gromadzenia żywności i rzeczy o właściwościach leczniczych, co również pomaga tworzyć miejsca pracy dla osób, które mogą gromadzić te okazy. Rafy mają również pewne znaczenie kulturowe w określonych regionach na całym świecie.

Analiza kosztów i korzyści zmniejszenia utraty raf koralowych

W 2010 r. w planie strategicznym Konwencji o różnorodności biologicznej (CBD) na lata 2011–2020 określono dwadzieścia odrębnych celów dotyczących zrównoważonego rozwoju na okres po 2015 roku. Cel 10 wskazuje na cel minimalizacji „antropogenicznych presji na rafy koralowe ”. Przyjrzano się dwóm programom, jednym, który zmniejsza straty na rafie koralowej o 50%, który ma koszt kapitałowy w wysokości 684 milionów dolarów i stały koszt w wysokości 81 milionów dolarów. Drugi program zmniejsza straty na rafie koralowej o 80 procent, a jego koszt kapitałowy wynosi 1,036 mln USD przy stałych kosztach 130 mln USD. CBD przyznaje, że może nie doceniać kosztów i zasobów potrzebnych do osiągnięcia tego celu z powodu braku odpowiednich danych, niemniej jednak analiza kosztów i korzyści pokazuje, że korzyści przewyższają koszty o wystarczająco dużą kwotę dla obu programów (stosunek korzyści do kosztów wynoszący 95,3 i 98,5), że „istnieje szerokie pole do zwiększenia nakładów na ochronę koralowców, a mimo to osiągnięcie stosunku korzyści do kosztów znacznie przekraczającego jeden”.

Uwagi

Bibliografia

Zewnętrzne linki