Гибель «подводных лесов» в заливе Мэн заставляет хищных рыб менять свой рацион

Вдоль скалистого побережья северного штата Мэн все еще существуют густые подводные леса из ламинарии, однако всего за несколько десятилетий их численность на южном побережье сократилась на 80%. Освободившееся пространство стремительно занимают ковровые дерновидные водоросли, создавая совершенно иную экосистему.

Команда ученых под руководством специалистов из Bigelow Laboratory for Ocean Sciences изучает масштабные последствия этой смены. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показало, что на рифах, где доминируют дерновидные водоросли, взаимодействия между хищниками и жертвами, а также потоки энергии коренным образом отличаются от тех, что существуют в сохранившихся лесах ламинарии.

Используя визуальные обследования во время погружений и передовые методы анализа стабильных изотопов, исследователи обнаружили, что доминирующие виды хищных рыб в лесах ламинарии получали большую часть своей энергии именно от этих водорослей. В то же время на рифах, захваченных дерновинами, те же виды рыб были вынуждены компенсировать потерю ламинарии, переключившись на фитопланктон как на основной источник энергии. Новые водоросли, несмотря на их обилие, не стали значимым звеном в пищевой цепи.

Это первое исследование, количественно оценившее важность углерода, получаемого из ламинарии, для пищевой сети залива Мэн. Оно подчеркивает, как коллапс лесов ламинарии перекраивает энергетическую динамику в этой быстро теплеющей экосистеме. Кроме того, это первая работа, в которой для отслеживания потоков углерода в регионе применили инновационную методику анализа стабильных изотопов аминокислот. Этот метод может оказаться чрезвычайно полезным для различения источников энергии в других средах, например, на фермах по выращиванию водорослей.

«Важность лесов ламинарии как среды обитания и источника пищи изучалась по всему миру, но мы никогда не осознавали, насколько критичной функцией для залива Мэн является именно обеспечение энергией, — говорит ведущий автор исследования Дара Йиу, аспирант Университета Мэна, работающая в Bigelow Laboratory. — Таким образом, когда мы теряем эти леса, мы фундаментально меняем источники энергии, поддерживающие всю пищевую сеть».

По мере того как потепление воды опустошает леса ламинарии вдоль значительной части побережья, дерновидные водоросли разрастаются, но они не способны предоставить те же экосистемные услуги. Ученые давно понимают, как подобные «смены состояний» — фундаментальные изменения среды обитания — могут изменять динамику пищевых сетей в наземных лесах или на коралловых рифах. Однако последствия таких процессов в заливе Мэн только начинают проясняться.

«Мы гораздо лучше понимаем, как энергия производится и течет через пищевые сети на тропических рифах. Здесь, в заливе Мэн, остается много пробелов в знаниях, — отмечает Дуг Рэшер, старший научный сотрудник Bigelow Laboratory и соавтор исследования. — Большая часть нашей работы в лесах ламинарии является основополагающей: она показывает, как меняется эта знаковая экосистема и как эти изменения отражаются на других животных».

После нескольких сезонов интенсивных погружений для оценки состояния лесов ламинарии вдоль побережья исследователи применили методы стабильных изотопов, чтобы проследить путь энергии от первичных производителей, таких как ламинария, до хищных рыб, например, сайды. Сначала они измерили соотношение стабильных изотопов углерода и азота в тканях двух самых распространенных видов рыб. Этот популярный метод помогает понять использование ресурсов и положение вида в пищевой сети. Сравнив рыб из лесов ламинарии и с рифов, поросших дерновиной, они обнаружили, что пищевая сеть в оставшихся лесах ламинарии оказалась более сложной: два вида рыб занимали более широкие экологические ниши с меньшим пересечением в рационе.

Однако традиционные измерения не позволяют точно отследить углерод, поступающий из нескольких различных источников. Поэтому команда применила новый подход, анализируя изотопные соотношения углерода в незаменимых аминокислотах мышечной ткани рыб. Эти молекулы не могут создаваться или изменяться животными по мере их продвижения по пищевой цепи, поэтому каждая из них сохраняет уникальную «молекулярную подпись» первичного производителя — будь то ламинария, красные макроводоросли или фитопланктон. Этот подход, хоть и более трудоемкий, позволил с высокой точностью определить, как меняются источники и потоки энергии вдоль побережья.

Анализ аминокислот показал, что рыбы, обитающие в лесах ламинарии, получают более половины своих незаменимых аминокислот именно от этих водорослей. Там, где ламинария исчезла, доминирующим источником энергии для системы становится фитопланктон, а не дерновидные водоросли. Это подтверждает, что масштабная потеря ключевого вида устранила основной путь поступления энергии в пищевую сеть.

«В большинстве районов океана, особенно в таких местах, как залив Мэн с высокой продуктивностью фитопланктона, принято считать, что именно он поддерживает пищевую сеть. Поэтому было удивительно обнаружить, что леса ламинарии здесь настолько продуктивны, что прибрежные пищевые сети могут полагаться на них, — заключает Йиу. — А там, где нет здоровых лесов ламинарии, меняется сама структура пищевой сети, и полные последствия этого нам еще предстоит узнать».

Эти выводы становятся отправной точкой для будущих исследований устойчивости рифовой пищевой сети к продолжающимся изменениям. Команда Рэшера планирует применить новые методы для изучения подводной горы Cashes Ledge, расположенной в 90 милях от побережья Мэна. Ее процветающие леса ламинарии и обильные популяции рыб могут дать представление о том, как когда-то выглядело все побережье штата.

«Хотя мы выяснили, что ламинария является ключевым источником энергии для прибрежных рифовых рыб, нам еще многое предстоит узнать о влиянии ее исчезновения на коммерчески и экологически важные виды рыб, — говорит Рэшер. — Наше исследование — это лишь верхушка айсберга, которая показывает, насколько необходимы дальнейшие изыскания в области устойчивости пищевых сетей залива».