Коралловые рифы перед экологическими угрозами XXI века

Контурными линиями обозначены районы океанов, в пределах которых обитает определенное число видов рифо-строящих кораллов (это число приблизительно указано цифрами, проставленными в разрывах этих линий). Многие рифо-строящие кораллы растут на скальных субстратах и за пределами районов, отображенных на первой карте, но здесь они уже не могут строить рифов. К примеру, несколько видов имеется около западных берегов Африки, а мадрепоровые кораллы в Индо-Пацифике встречаются и значительно южнее Большого Барьерного рифа. Карибское море — самый богатый мадрепоровыми кораллами район Атлантики: там насчитывается около 75 их видов. Их число уменьшается по направлению к берегам Бразилии и Африки. Индо-Пацифика в несколько раз богаче кораллами; но и здесь число видов кораллов тоже уменьшается по мере удаления от наиболее богатого района. В огромном регионе Индо-Пацифики одни виды кораллов распространены почти по всей площади, другие имеют более ограниченный ареал, третьи встречаются лишь там, где отмечается наибольшее разнообразие видов, а четвертые — только в отдельных районах Индийского океана. Очень крупные береговые рифы и даже атоллы в Тихом океане построены всего лишь 50 или чуть меньшим числом видов мадрепоровых кораллов. Там же, где число видов рифостроителей оказывается значительно меньшим, чаще всего бывают менее внушительными, чем в районах, богатых мадрепоровыми кораллами, и сами рифы. Так, рифы, на которых обитает менее 50 видов мадрепоровых кораллов, в Индо-Пацифике обычно невелики и слабо развиты. (Карта и подпись с сайта http://coralbeach.narod.ru, фото Osperey Reef, Australia с сайта www.wired.com)

В статье дается обзор глобальных угроз экосистемам коралловых рифов. Констатируется факт деградации коралловых рифов Мирового океана. В числе наиболее явных негативных причин угнетения коралловых экосистем рассматривается повышение температуры вод. Кораллы приспособлены к довольно узкому диапазону температур, поэтому при повышении температуры возникает каскад негативных реакций (сброс симбиотических водорослей, токсическое повышение дозы кислорода, повышение активности патогенных организмов), с которыми кораллы не могут справиться. Среди прочих факторов повышение концентрации атмосферного углекислого газа, антропогенное загрязнение вод в мелководных районах распространения коралловых рифов, промысловое изъятие определенных групп морских организмов. Любое вмешательство, приводящее к снижению устойчивости экосистем коралловых рифов, приводит к гибели или замещению кораллов другими организмами. Это происходит из-за снижения способности кораллов с известковым скелетом к восстановлению по причине изменения глобальных показателей вод Мирового океана – температурного режима и ионно-обменного баланса.

Коралловые рифы распространены в тропической зоне Мирового океана (иллюстрация). Эти экосистемы наравне с наземными тропическими дождевыми лесами считают одними из самых богатых по биоразнообразию экосистем Земли. Коралловые рифы уникальны по важности для человека и глобального биоразнообразия. Этим объясняется повышенный исследовательский интерес к этим объектам Мирового океана. Создан специальный проект глобального отслеживанием состояния всех известных коралловых рифов и координации исследований по биологии и экологии этих систем. Любой желающий может ознакомиться с результатами этого проекта на странице базы данных Всемирной организации по мониторингу коралловых систем (Global Coral Reef Monitoring Network (GCRMN) ). Не смотря на то, что в современном виде коралловые рифы сформировались не так давно, всего около 10 тыс. лет назад, в настоящий момент, по всей видимости, существует серьезная опасность их исчезновения. Интенсивные исследования показывают устойчивую тенденцию к деградации коралловых рифов. Например, к настоящему моменту около 20% всех коралловых рифов Мирового океана считаются полностью разрушенными. Заметно снижаются другие показатели благополучия рифовых экосистем: продукция карбоната кальция, площадь покрытия живых кораллов, видовое разнообразие.

Среди факторов способствующих уменьшению устойчивости рифовых экосистем, ухудшению состояния рифов одним из первых называют повышение температуры Мирового океана. Дело в том, что образующие рифы виды кораллов, как правило, могут существовать только в узком диапазоне температур и не выдерживают отклонений температур в любую сторону. Как считается, за последние 100 лет температура вод Мирового океана выросла на 1^оC. Казалось бы, всего 1^оC, кто может это заметить? Однако не следует забывать, что это средняя температура, а в определенных локальных областях это могут быть гораздо более значительные отклонения (до 7 ^оC). Многочисленными исследованиями, показано, что при непривычном повышении температуры кораллы избавляются от своих симбиотических водорослей (обесцвечиваются) и затем погибают. Гибель в результате повышения температуры обусловлена не только сбросом симбиотических водорослей, но и другими причинами. Например, в теплой воде водоросли-симбионты повышают собственную биохимическую активность и вырабатывают кислород в токсичных дозах. Некоторые бактерии увеличивают свою патогенность при повышении температуры, другие патогены нападают на кораллы, ослабленные в результате «сброса» своих симбионтов. Такое объяснение часто дают эпидемиям различных болезней кораллов. Другой глобальной причиной нарушения устойчивости экосистем коралловых рифов несомненно является повышение содержания СО₂ в атмосфере и связанное с ним повышение кислотности вод Мирового океана. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере, по некоторым данным вызванный сжиганием углеродного топлива и ландшафтной деятельностью человека, приводит в числе прочего к его растворению в океанических водах. При растворении больших объемов углекислого газа из атмосферы в морской воде происходит увеличение кислотности и изменение в соотношении карбонат-ионов и гидро-карбонат ионов. Способность гидробионтов образовывать карбонатные отложения определяется концентрацией растворенного СО₂. С увеличением концентрации растворенного СО₂ в морской воде происходит смещение в сторону образования гидро-карбонат ионов, что способствует растворению карбонатных скелетов гидробионтов. В условиях повышенной кислотности и пониженного содержания карбонат-ионов кораллы замедляют рост и восстановление, более подвержены механическим повреждениям в результате ослабления скелетных структур, снижается темп размножения и проч. Таким образом, само существование и скорость восстановления коралловых рифов (кораллов с минеральным карбонатным скелетом) напрямую связано с содержанием углекислого газа в атмосфере.

Активная деятельность человека вблизи коралловых рифов на океанских побережьях тоже мешает сохранению рифов, а иногда напрямую разрушает их в результате разработки морского дна. Антропогенное загрязнение вод вблизи коралловых рифов – серьезная угроза здоровью рифовой экосистемы. Загрязнение вод нефтепродуктами, смыв биогенов с сельхоз угодий и канализаций, промысловое изъятие определенных групп морских организмов, приводящее к каскадным перестройкам морских экосистем, приводят к изменению баланса в рифовой экосистеме и к гибели или вытеснению кораллов другими организмами (макроводорослями, например).

Нельзя сказать, что коралловые сообщества совсем беззащитны. Существует ряд внутренних механизмов для восстановления устойчивости коралловых сообществ. Сами кораллы имеют видоспецифическую вариабельность по устойчивости к повышенным температурам. Более устойчивые виды имеют ряд физиологических механизмов, смягчающих температурный стресс. Другой способ связан с симбионтами. Показано, например, что симбиотические водоросли могут иметь устойчивые к повышенным температурам формы. Кораллы с такими формами водорослей-симбионтов спокойно переносят повышение температуры воды и начинают доминировать в сообществе. Некоторые кораллы могут содержать сразу несколько генетических форм водорослей и изменять их соотношение согласно меняющимся условиям среды. Таким образом, приспособление коралловых сообществ может быть связано с акклиматизацией составляющих сообщество видов с помощью адаптаций, либо с замещением более чувствительных видов кораллов на более стрессоустойчивые. В противном случае происходит замещение рифообразующих кораллов другими группами организмов (макроводоросли, губки) (см. популярные статьи о восстановлении коралловых рифов на «Элементах» «Погибшие коралловые рифы постепенно восстанавливаются»).

Разбалансировка устойчивости внутри многовидовых экосистем коралловых рифов может быть вызвана множеством причин. На фоне изменения химического состава вод Мирового океана и температурного сдвига снижение устойчивости коралловых рифов приводит к недостаточной способности (или скорости) этих экосистем к самовосстановлению, что вызывает гибель рифообразующих кораллов и замещение их другими организмами. Автор обзора предполагает, что имеющиеся факты свидетельствуют о реальной и уже выполняющейся угрозе исчезновения коралловых рифов в том виде, в котором они существуют сейчас.

Читайте на страницах журнала «Наука и жизнь» обзор по теме деградации коралловых рифов Дмитрия Астахова «Человек и коралловые рифы: сегодня и завтра».