Эволюция древних кораллов объясняет, почему современные рифы так уязвимы

Фото из открытых источников

Новое исследование показало, что партнерство между кораллами и водорослями, заключенными в их тканях – взаимоотношения, лежащие в основе современных тропических рифов – не всегда было такой выигрышной стратегией, какой кажется сейчас. На протяжении большей части последних 500 миллионов лет кораллы, жившие без водорослей, оказывались в выигрышном положении. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Это открытие опровергает давнее убеждение о том, что жизнь на водорослях — просто лучший способ существования для кораллов. Оно также несет в себе важный посыл для настоящего времени. Сегодня рифообразующие кораллы — это те, которые наиболее уязвимы по мере нагревания океанов.

Кораллы делятся на два основных типа, и их разделение сводится к одному единственному типу взаимодействия. Примерно половина из примерно 6000 видов кораллов, существующих сегодня, поглощают крошечные водоросли, которые превращают солнечный свет в пищу; такое взаимодействие, основанное на питании светом, известно как фотосимбиоз.

Наличие водорослей позволяет этим кораллам быстро расти и строить огромные рифы, окружающие тропические побережья, но также привязывает их к чистой, залитой солнцем воде. Другая половина видов кораллов вообще не имеет водорослей, и многие из них живут далеко за пределами досягаемости солнечного света.

Чтобы выяснить, какая стратегия оказалась успешной и когда, международная группа исследователей реконструировала историю кораллов за примерно 500 миллионов лет, основываясь на ископаемых останках. Для обработки огромного массива данных исследователи использовали статистическое моделирование и искусственный интеллект. Возраст самых древних кораллов, которые они отслеживали, составляет около 470 миллионов лет.

Работу возглавил Чжэньшэн Вэй из Китайского университета геологических наук (CUG) в сотрудничестве с коллегами из Германии и Великобритании. Их главный вывод ставит под сомнение многолетние предположения.

«Наш анализ показывает, что ни один образ жизни не является постоянно превосходящим другие», — сказал соавтор исследования Вольфганг Кислинг.

В течение первых нескольких сотен миллионов лет этого периода процветали кораллы без водорослей. На протяжении палеозойской эры — долгой эпохи до динозавров — они неуклонно превосходили своих светозависимых родственников.

Кораллы, питающиеся водорослями, оказались поразительно хрупкими во время мировых потрясений. После массового вымирания в конце девонского периода, около 370 миллионов лет назад, кораллы, питающиеся водорослями, не смогли восстановиться. Выжили только те формы, которые не питались водорослями. Обе группы оказались почти одинаково уязвимы к потеплению морей и к снижению содержания кислорода в воде.

Разница между ними заключалась не только в том, кто выжил, но и в том, как. Исследование показало, что выживание кораллов, питающихся водорослями, зависело от скорости появления новых видов. Кораллы, не покрывавшиеся водорослями, шли более спокойным путем: вымирали реже и преодолевали трудности.

Баланс сил нарушился около 245 миллионов лет назад, в триасовом периоде, когда появилась новая линия каменистых рифообразующих кораллов.

Эти кораллы с твердым скелетом — предки всех современных рифовых кораллов — продолжили развитие сообщества водорослей. С тех пор оно стало скорее двигателем появления новых видов, чем обузой.

Начиная с триасового периода, наличие водорослей способствовало беспрецедентному росту разнообразия кораллов. Ископаемые и химические данные ранних каменистых кораллов свидетельствуют о том, что эти животные взаимодействовали с водорослями практически с самого начала. Отдельное исследование триасовых рифов, сохранившихся в Северной Италии, подтверждает этот вывод.

Этот поворот событий несёт в себе простой урок об эволюционном успехе. Исследователи долгое время рассматривали связь между кораллами и водорослями как изначальное преимущество, объясняющее появление рифов.

Это исследование — первое, в котором прослеживается развитие обоих типов кораллов на протяжении всей их истории и показано, что преимущество проявлялось только при определенных условиях.

Почему это партнерство вдруг принесло свои плоды — вот более сложный вопрос. Команда ищет ответ в химическом составе морской воды, в частности, в том, что происходило в триасовых океанах примерно в то же время.

В океанах впервые за этот период распространились новые виды планктона с меловыми раковинами, которые, по-видимому, поглощали растворенный карбонат из воды по мере своего роста.

Карбонат — это тот же минерал, который используется кораллами для построения своих скелетов, и команда исследователей предполагает, что это изменение химического состава океана могло повлиять на то, какая стратегия кораллов оказалась наиболее эффективной. Появление этих дрейфующих организмов с раковинами хорошо задокументировано в палеонтологической летописи, в том числе в одной статье, прослеживающей происхождение мелового планктона до триасового периода.

Похоже, что эти изменения в химическом составе перевернули связь между температурой и выживанием кораллов. В палеозойскую эру потепление, как правило, подводило кораллы, питающиеся водорослями, к вымиранию, но после триасового периода то же самое потепление, наоборот, способствовало их выживанию.

Команда исследователей предлагает рассматривать изменение состава морской воды как вероятное, а не доказанное объяснение. «Условия окружающей среды являются решающим фактором, определяющим, смогут ли виды выжить», — сказал Кислинг.

Выявленная закономерность в глубинных слоях океана имеет прямые последствия для настоящего времени. Мелководные кораллы, питающиеся водорослями и отмеченные в исследовании как наиболее чувствительные к теплу, в точности страдают от обесцвечивания — побеления, которое происходит на рифе, когда кораллы, находящиеся в состоянии стресса, вытесняют водоросли, питающие и окрашивающие их.

Их не покрытые водорослями собратья, обитающие в более глубоких водах, похоже, лучше приспособлены к тому, чтобы пережить внезапные потепления. Однако эта относительная безопасность имеет свои пределы. Глубоководные рифы не являются гарантированным убежищем, и одно исследование крупной рифовой системы показало, что обесцвечивание рифов распространяется далеко под поверхность во время сильной жары.

Потепление океана — не единственное давление на рифы. По мере поглощения углекислого газа океаны становятся более кислыми. Это закисление океана разрушает карбонатные скелеты, от которых зависит каждый коралл, независимо от его стратегии питания.

Кораллы, обитающие на больших глубинах, также не получат постоянного разрешения на перемещение. В течение длительного времени им тоже придется перемещаться по мере нагревания воды, подобно другим морским животным, говорит соавтор исследования Майкл Дж. Бентон из Бристольского университета.

Для всех, кто работает над спасением рифов, вывод таков: не существует единого плана спасения, подходящего для всех кораллов. Исследование ясно показывает, что партнерство кораллов и водорослей не является фиксированным преимуществом, а может быть активировано или деактивировано окружающим миром.

Знание того, как изменились эти правила выживания, позволяет ученым точнее определить, какие кораллы больше всего пострадают от потепления климата. Это также указывает на то, где сегодня опасность наиболее остра — на ярких мелководных рифах, которые процветали благодаря солнечному свету.