С 2014 года, однако, леса водорослей в Калифорнии резко сократились, и обширные районы побережья, где когда-то процветали водоросли, теперь превратились в «пустоши ежей», морское дно, устланное пурпурными морскими ежами, и кое-чем еще. Это произошло даже в заливе Монтерей, где обитает большая популяция каланов.
В 2017 году аспирант Калифорнийского университета в Санта-Крус Джошуа Смит решил понять, почему. «Здесь, в заливе Монтерей, у нас теперь есть неоднородная мозаика с пустошами ежей, лишенными водорослей, непосредственно рядом с участками леса водорослей, которые кажутся довольно здоровыми», – сказал Смит. "Мы хотели знать, как эта вспышка морских ежей произошла там, где так много выдр, как отреагировали выдры и что это означает для судьбы лесов водорослей здесь, на Центральном побережье?"
Работая с группой исследователей каланов в UCSC, U.S.
Геологическая служба и аквариум Монтерей-Бей, Смит проводил интенсивные подводные исследования вдоль полуострова Монтерей в течение трех лет. Исследование основано на многолетнем долгосрочном мониторинге популяций каланов и лесных экосистем водорослей вдоль побережья Калифорнии.
Выводы Смита, опубликованные 8 марта в Proceedings of the National Academy of Sciences, рассказывают увлекательную историю о том, как поведенческие реакции хищников и жертв на изменяющиеся условия могут определять судьбу всей экосистемы.
Все началось в 2013 году со вспышки загадочной болезни, называемой синдромом истощения морских звезд, которая уничтожила морские звезды на всем Западном побережье.
Среди наиболее пострадавших видов была морская звезда подсолнечника (Pycnopodia helianthoides), главный хищник морских ежей. Но, по словам Смита, это был лишь один из факторов, приведших к массовой вспышке морских ежей.
«Мы считаем, что вспышку ежей инициировали несколько факторов», – сказал он. "За исчезновением крупного хищника ежа вскоре последовало снижение продуктивности ламинарии из-за климатических стрессоров."
В лесах водорослей морские ежи в основном занимают расщелины скалистых рифов на морском дне, где они защищены от хищников. Кусочки водорослей падают на риф, как опадающие листья в лесу, доставляя еду прямо к ежам в их убежищах.
Келп процветает там, где холодная, богатая питательными веществами вода бьет по побережью из глубин океана, а гигантские водоросли (доминирующий вид на Центральном побережье) могут вырастать более чем на фут в день в хороших условиях. Однако в 2014 году на северо-восток Тихого океана обрушилась беспрецедентная морская волна тепла. Известный как «капля», он распространился по Западному побережью от Аляски до Центральной Калифорнии. Примерно в то же время в результате крупного события Эль-Ниньо на побережье с юга поднялась теплая вода.
При всей теплой воде, омывающей побережье, темпы роста ламинарии резко упали. Это означало, что мелкие водоросли меньше проникают в расщелины рифов, и морские ежи начали появляться в поисках пищи.
Поскольку вокруг не было морских звезд, которые могли бы напасть на них, ежи скосили живые листья водорослей, превратив леса водорослей в пустоши для ежей.
«Это произошло так быстро, что мы потеряли более 80 процентов исторического лесного покрова водорослей в Северной Калифорнии, прежде чем мы узнали об этом», – сказал Смит. "У нас также была вспышка ежей на Центральном побережье, но не в такой степени, как в районах к северу от Сан-Франциско."
Смит и его коллеги обнаружили, что каланы на Центральном побережье отреагировали на вспышку ежей резким увеличением потребления ежей, съев примерно в три раза больше морских ежей, чем до 2014 года. Благодаря обилию добычи (включая увеличение количества мидий, а также ежей) популяция каланов значительно увеличилась после 2014 года, с примерно 270 до примерно 432 каланов в регионе Монтерей на южной оконечности залива Монтерей.
Тем не менее, пустоши ежей остались. Пристальный взгляд на поведение каланов при кормлении объяснил, почему. Команда Смита обнаружила, что выдры питались ежами на оставшихся участках леса водорослей, но не в пустошах для ежей.
«С берега легко увидеть, где они постоянно ныряют и появляются морские ежи», – сказал он.
Команда дайверов обследовала эти места, а также районы, не предназначенные для выдр, и собрала ежей для исследования в лаборатории.
Исследователи обнаружили, что ежи из зарослей водорослей имеют гораздо более высокую пищевую ценность, чем ежи из пустошей морских ежей, с большими, богатыми энергией гонадами. Однако в степях ежи голодают, и голодная выдра не тратит их.
«Некоторые люди называют их мальчишками-зомби», – сказал Смит. "Вы открываете их, а они пусты. Таким образом, выдры игнорируют пустоши ежей и охотятся за питательными ежами в лесу водорослей."
Делая это, каланы помогают поддерживать те участки здорового леса ламинарии, которые в настоящее время имеют решающее значение для сохранения гигантских водорослей вдоль побережья. Споры, образующиеся из оставшихся пятен, могут в конечном итоге повторно засеять бесплодные районы и восстановить клумбы водорослей.
Однако одни морские выдры не нарушат пустоши ежей. Необходим еще какой-то фактор, чтобы очистить пустоши от достаточного количества ежей, чтобы там могли расти новые растения ламинарии. Смит сказал, что другой хищник может помочь уничтожить популяцию ежей, или болезнь, или даже сильный шторм, приносящий большие волны, очищающие дно.
Некоторые группы даже изучают возможность вмешательства человека, отправляя команды водолазов-добровольцев, чтобы выловить морских ежей, чтобы восстановить леса водорослей.
Марк Карр, профессор и заведующий кафедрой экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Санта-Крус, сказал, что различия между лесами водорослей на южном, центральном и северном побережьях Калифорнии разительны.
Карр, советник Смита, но не соавтор статьи PNAS, много лет изучал леса водорослей на Западном побережье. Он сказал, что залежи водорослей в Южной Калифорнии не уменьшились до такой степени, как на центральном и северном побережьях.
«Разница в Южной Калифорнии заключается в том, что, несмотря на то, что они потеряли морских звезд, у них есть другие хищники, такие как колючий лобстер и калифорнийская овчарка, которые способны контролировать популяции ежей и позволяют лесам водорослей сохраняться», – сказал Карр.
Грядки водорослей в Северной Калифорнии, напротив, оказались намного хуже. Отсутствие каланов к северу от Сан-Франциско может быть одним из факторов, но трудно сказать, потому что доминирующие виды водорослей, образующих полог, разные: бычья ламинария (Nereocystis leutkeana) доминирует на севере, а гигантская ламинария (Macrocystis pyrifera) доминирует. на центральном и южном побережьях.
«Возможно, присутствие здоровой популяции каланов на севере сделало эти леса водорослей более устойчивыми, но об этом трудно говорить», – сказал Карр. «Роль хищника может быть самой разной в зависимости от того, где вы находитесь."
Новаторские исследования каланов и лесов водорослей, проведенные на Алеутских островах Джеймсом Эстесом, ныне заслуженным профессором экологии и эволюционной биологии в UCSC, показали, что когда популяция каланов на Алеутских островах оправилась от почти полного исчезновения, выдры трансформировали пустоши ежей. в леса водорослей, когда они повторно заселили острова.
Но эти взаимодействия протекают по-другому на Центральном побережье и могут иметь еще один результат в Северной Калифорнии.
«Это исследование не только уточняет наше понимание роли каланов в лесах водорослей, но и подчеркивает важность поведения животных», – сказал Смит. "Во многом это обусловлено поведением – ежи переключают свое поведение на активную добычу пищи, а выдры предпочитают охотиться на здоровых ежей в лесу водорослей – и эти поведенческие взаимодействия имеют значение для общей судьбы экосистемы."
Помимо Смита, в число соавторов статьи входят Джозеф Томолеони и София Лион из Западного экологического исследовательского центра Геологической службы США, Мишель Стэдлер и Джессика Фуджи из аквариума Монтерей-Бэй и Тим Тинкер из Калифорнийского университета в Санта-Крус.
Это исследование было поддержано Национальным научным фондом.