Кораллы гибнут из-за органических загрязнений

Прибрежные кораллы вполне справляются с повышенными темпами осадконакопления и естественным микробным окружением, но добавьте чуть-чуть больше органики — и кораллы моментально умрут

Прибрежные кораллы вполне справляются с повышенными темпами осадконакопления и естественным микробным окружением, но добавьте чуть-чуть больше органики — и кораллы моментально умрут, — говорит Катарина Фабрициус (Katharina Fabricius), руководитель нового исследования, опубликованного в PNAS. Фото мертвого коралла с сайта carbon-based-ghg.blogspot.com

В серии экспериментов, проведенных на кораллах Большого Барьерного pифа, был выявлен триггерный механизм, запускающий гибель кораллов. Ни толстый слой осадка, ни дефицит кислорода, ни подкисление среды сами по себе не вызывают смерти рифостроителей. Их отмирание начинается при увеличении содержания органики в воде и в осадке, а посредником этих процессов являются микробы. Богатая органикой среда служит прекрасной базой для их бурного роста, в результате снижаются содержание кислорода и рН среды. Это сочетание смертельно для кораллов. Ускорение сульфатредукции, использующей в качестве субстрата мертвые ткани, только ускоряет гибель кораллов.

Гибель кораллов — главных рифостроителей морских шельфов — всеми признанная экологическая проблема современности. Что является основной причиной этого печального процесса? Глобальное потепление? Тогда нам, царям природы, придется бессильно сложить руки. Ускоренное антропогенное осадконакопление и загрязнение? Тогда мы можем замедлить или даже предотвратить разрушение рифов. В надежде разрешить эту тревожную проблему, международная группа специалистов поставила серию экспериментов, выявляющих цепь событий, убивающих кораллы. Эксперименты проводились на отдельных участках Большого Барьерного рифа и в лабораториях Австралийского института морской биологии (Australian Institute of Marine Science) в Таунсвилле.

Известно, что гибели кораллового рифа сопутствует ряд взаимосвязанных факторов. Например, логичной представляется такая схема: заиливание влечет снижение освещенности, отсюда прекращение фотосинтеза и гибель симбионтов, это вызывает кислородное голодание коралла, повышение количества сероводорода, снижающее рН среды; в результате коралл погибает. В случае такой схемы триггером становится усиленное осаждение минерального осадка. Но можно предположить и ряд других, не менее разумных схем, в которых ключевым станет гибель симбионтов (см.: Кораллы обесцвечиваются из-за утраты взаимопонимания, «Элементы», 29.01.2009) или сероводородное заражение. Так или иначе, в продуманном эксперименте все эти схемы проверяемы, все процессы — количество кислорода, сероводорода, освещение, рН среды, активность фотосинтеза зооксантелл (коралловых симбиотических водорослей) и активность сульфатредукции — можно проконтролировать соответствующими датчиками.

Но кроме того, ученые варьировали еще один важный фактор — количество органики в воде. В прибрежных антропогенных зонах содержание органики в воде исключительно высоко и может оказаться фактором, решительно влияющим на жизнь кораллов. Собственно, именно так и считали исследователи, подготавливая эксперименты. Поэтому все опыты проводились четыре раза, каждый раз с новыми концентрациями органического вещества в воде и в осадке. В качестве органики добавляли мертвые клетки планктона.

Итак, во дворе Института морской биологии расположили несколько рядов глубоких аквариумов с циркулирующей морской водой, туда посадили кораллы, к которым прикрепили кучу оборудования. После периода адаптации в воду вылили суспензию морского мелкозернистого осадка (взяли со дна в местах обитания кораллов), подождали, пока он осядет, подсадили контрольные фрагменты кораллов и стали следить за динамикой показателей, отслеживаемых микросенсорами.

Оказалось, что органика и вправду сильно влияет на выживание кораллов. При низких ее концентрациях гибель кораллов ничтожна, активность симбионтов остается в пределах нормы. Зато повышение концентрации сразу вызывает омертвение тканей; при этом резко снижается содержание кислорода и повышается уровень сероводорода, осадок вокруг коралла подкисляется. Следовательно, повышенная концентрация органики становится главным подозреваемым в деле о гибели кораллов.

Смертность кораллов, покрытых осадком с разным содержанием органики
Смертность кораллов, покрытых осадком с разным содержанием органики: 0% (это морская вода без добавок, так что там в действительности какая-то органика всё же имеется), 0,06%, 0,3% и 0,6% органических добавок). Смертность выражена в процентах отмершей ткани (A), фотосинтетическая активность симбионтов кораллов (B) выражена в квантовом выходе фотосинтеза — числе молекул СO2, ассимилированных листом в расчете на каждый поглощенный им квант света (стандартный количественный показатель для этого процесса). Контроль в обоих опытах — это не занесенный осадком образец. Хорошо видно, что при низких показателях органического содержания выживание кораллов не отличается от контроля, а при высоких отличается очень сильно. График из обсуждаемой статьи в PNAS

Но есть еще подозреваемые: нехватка кислорода и сероводород. Ведь они напрямую связаны с заиливанием кораллов. Поэтому в следующем опыте, поместив кораллы в темные герметичные боксы, наполненные азотом, устроили кораллам низкокислородную атмосферу. Как это ни удивительно, но в низкокислородной атмосфере кораллы вполне способны выжить и легко восстановиться после этой вроде бы убийственной процедуры. Их симбионты ничуть не снижают фотосинтетическую активность.

Чтобы нанести кораллу безвозвратный вред в бескислородных условиях, нужно еще и снизить рН хотя бы до нейтральной (нейтральной считается рН7, а рН морской воды — около 8). Сильно ускоряет этот процесс добавление в среду сероводорода: без сероводорода омертвение тканей начинается после суток экспозиции, а в его присутствии — уже через три часа. Авторы при этом подчеркивают, что уровень сероводорода при заиливании начинает повышаться уже после начала омертвения живых тканей. Это значит, что гибель кораллов служит причиной, а не следствием повышения концентрация сероводорода. Активная сульфатредукция, как было показано в специальном исследовании с радиоактивными метками, стартует после начала омертвения тканей и использует в качестве источника серы мертвые ткани коралла. В обычных условиях в стабильном бактериальном окружении естественные антибиотики коралла подавляют рост сульфатредуцирующих бактерий вокруг живой ткани, поэтому сероводородного отравления самих тканей и симбионтов не происходит.

Из этих экспериментов проясняется вполне четкая последовательность событий, приводящих к гибели кораллов. Когда в воде и осадке увеличивается содержание органики, то начинается бурный рост бактериальной микрофлоры. При этом тратится весь кислород в окружающем кораллы микропространстве, а взамен выделяются органические кислоты. В результате складываются смертельные для коралла условия и начинается омертвение тканей. На мертвых тканях мгновенно разрастаются сульфатредукторы, и выделение сероводорода ускоряет гибельные процессы — умирают или отбрасываются фотосинтетические симбионты. Само по себе заиливание не вредит кораллу, нужны микробы и пища для них. Не случайно добавление в воду антибиотика тетрациклина останавливает отмирание кораллов (см.: Hodgson G. Tetracycline reduces sedimentation damage to corals // Mar Biol. 1990. V. 104. P. 493–496).

Таким образом, коралловые рифы будут благоденствовать там, где нет антропогенной или другой по природе эвтрофикации прибрежных вод. Нужно отметить, что увеличение температуры воды, способствующее росту микрофлоры, в соответствии с этой схемой также неизбежно вызовет ускорение отмирания кораллов. Красивые рифы в традиционных зонах отдыха, видимо, обречены.

Источник: Miriam Weber, Dirk de Beer, Christian Lott, Lubos Polerecky, Katharina Kohls, Raeid M. M. Abed, Timothy G. Ferdelman, Katharina E. Fabricius. Mechanisms of damage to corals exposed to sedimentation // PNAS. Published online before print May 21, 2012.

См. также:
А. Б. Рубин. Биофизика фотосинтеза и методы экологического мониторинга, PDF, 1,3 Мб (в частности, о квантовом выходе фотосинтеза).

Елена Наймарк


0
Написать комментарий


    Другие новости


    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»