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在热酸化和缺氧水域中繁殖的造礁珊瑚
来源:《Nature》杂志      发布时间:2017/10/21 16:31:09
 

       着海洋持续变暖、酸化和热异常的频率和强度逐渐加强,珊瑚礁在气候变化的环境下也随之恶化。实验室的实验被广泛用于预测未来的珊瑚礁健康状况,但往往无法解释控制珊瑚礁的复杂生态和生物地球化学相互作用。因此,在自然发生的极端情况下,珊瑚群落的观测已经成为未来珊瑚礁形态和功能预测的中心。这里,我们在新喀里多尼亚呈现了一个半封闭的泻湖系统,其特征是热脱氧水的双厄尔波动,以及潮汐驱动的低pH值,相对于邻近的珊瑚礁。环礁湖系统内的珊瑚群落表现出高度丰富(物种数量=20)和覆盖(24-35%的环礁湖)。关键物种的钙化率(顶孔、顶孔、珊瑚虫、黄绿石和黄叶)的钙化率与礁湖的数量相当,或减少了约30%-40%。增强珊瑚呼吸,以及泻湖沉积物中高含量的有机成分,通过异养性可塑性来适应温度、氧气和pH值的变化。因此,这个半封闭的泻湖提供了一个新的系统,以了解珊瑚适应复杂气候的环境,并可能成为已经对极端环境条件有抵抗力的珊瑚种群。

        自从工业革命以来,大气中的二氧化碳含量几乎翻了一番,导致了前所未有的气候变化。海水中增加了对大气热量的捕获和二氧化碳的吸收,从而驱动了海洋变暖和酸化,这已经严重影响了珊瑚礁生态系统。气候变暖使珊瑚更接近它们的热阈值,加剧了厄尔尼诺现象,导致了大量的白化现象。与之平行的是,海水酸度的增加通常会减少珊瑚钙化或加速的珊瑚礁和沉积物的溶解。许多实验和观测已经检验了气候变暖和海洋酸化的综合影响,但在很大程度上仍然不能解释这些因素的自然振荡,预计未来气候将会扩大。此外,随着海洋变暖和酸化改变热分层、气体溶解度和生物代谢活动,预计这些系统将变得越来越缺氧。在接下来的50-100年里,珊瑚如何受到这一“致命的三重奏”的影响,还未被探测到。

       珊瑚虫在最适生态位的边缘生长,它们很可能能够适应相对极端的生长环境,因此成为预测未来珊瑚礁结构和功能的流行模型。自然系统使珊瑚群落的研究不受维罗实验的限制;值得注意的是,时间尺度(几个月到几个世纪)需要稳定的社区规模的重组,才能达到当前的极端水平。在未来的气候条件下,没有一个系统是一个“完美”的类比,而在所有的极端自然系统中,生态系统的反应并不是一致的,这很可能反映了不同的压力源的不同组合。例如,热或酸化的半封闭珊瑚礁可以维持高珊瑚的丰富度和覆盖,提供令人信服的证据,证明珊瑚种群可以抵抗一个或多个压力源。帕劳的半封闭泻湖尤其在海水pH值接近于本世纪末海水的PH值附近,有着丰富而多样的珊瑚群落。此外,在美属萨摩亚的岩石池中茁壮成长的珊瑚,已被证明既适应了环境,也适应了较温暖的海水。

        因此,了解气候变化下的生态系统规模重组将不可避免地只有通过对自然极端珊瑚系统进行更为集体的评估才能实现。并且必须确定多个压力源运行的附加和潜在独特的研究场所,并在未来珊瑚礁预测的主要环境参数的自然变率背景下进行。在这里,我们描述了一个半封闭的环礁湖系统,周围环绕着红树林(布尔卡,新喀里多尼亚),在温度升高、低pH值和低溶解氧的压力下,不同的、相对丰富的珊瑚种群持续存在,根据潮汐和日周期周期性波动。因此,它可以说是迄今为止所记录的最合适的自然模拟物,也是一个研究表型适应和适应气候变热、酸化和脱氧海水的独特平台。

        我们对波拉克泻湖的各种各样的、结构复杂的珊瑚紫杉的观察,提供了令人信服的证据,证明不同的珊瑚种群可以在高温下(从25.9-33摄氏度)、低ph值(从7.24-7.91)和缺氧水域(范围从1.80-6.97 mg 1)到邻近的珊瑚礁。新陈代谢的可塑性,通过调节代谢率,似乎是这些珊瑚种群在极端环境条件下茁壮成长的关键机制。因此,布拉克泻湖提供了一个新的模型系统来研究和解决与适应复杂的压力交互相关的适应性平衡问题,这些相互作用可能预示着未来全球珊瑚礁的气候。这里的证据,以及来自其他类似栖息地的证据,越来越突出地表明,珊瑚礁附近的系统可以作为珊瑚种群的本地宿主,对极端环境条件具有高度的抵抗力。

选自《Nature》杂志由Emma F. Camp, Matthew R. Nitschke等人著

参考《Nature》原文:https://www.nature.com/articles/s41598-017-02383-y


 
 
 
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