När Brown University -professor Jon Witman i år återvände till en liten korallbit utanför Galápagosöarna som han först avmarkerade för studier år 2000, han såg nästan ingenting - och det berättade mycket för honom. Ett undervattensekosystem som vrimlade med olika liv för 16 år sedan var nu en karg lapp, ett uppenbart offer för allt starkare El Niño -vädersystem mitt i de globala klimatförändringarna.

"El Niño 2015-16 var exceptionellt stark, "Sade Witman." Klimatologer förutspår att frekvensen av starka El Niños kommer att öka med klimatförändringarna. "

Det här året, med finansiering från National Science Foundation, Witman har gjort flera expeditioner med doktorander och studenter för att bevittna effekterna av den senaste El Niño. Han reste till Galápagos i januari, Mars och igen förra sommaren, och han är där igen nu till och med februari på sabbatsdag. Han firade Thanksgiving med doktoranden Robert Lamb och kollegor vid Charles Darwin Research Station med en seminarium av ahi tonfisk, majsbröd, pumpasoppa och bakad sötpotatis.

Det har varit ett hektiskt år.

"Under det senaste året med fältarbete i Galápagos, det fanns så många överraskningar att vi knappt kunde hänga med i alla effekter av den starka El Niño, "Sa Witman.

Mitt i det varmaste vattnet i början av året, till exempel, Lamm upptäckte uppkomsten av en hudavfallande sjukdom i revfiskarna som han studerar.

"Vi blev förvånade över att upptäcka att den här nya djurljursjukdomen sprider sig i minst 20 olika arter, "Lamb sa." Sådana sjukdomsutbrott är en av de minst förstådda men potentiellt förödande manifestationerna av klimatförändringar. "

Sjukdomen avtog senare på året när den svalare La Niña tog över från El Niño. Men andra förändringar i samband med det varma vattnet var uppenbara, också:skenande betande av alger med sjöborrar, till exempel, och den olycksbådande uppkomsten av mattor av cyanobakterier.

"Cyanobakterierna är en art som vi inte har sett på dessa platser under hela den tid vi har arbetat där, "sa Fiona Beltram, en brun junior från Glocester, R.I., som har varit medlem i Witman -labbet i två år. "Jag är intresserad av att avgöra om cyanobakteriehöljet leder till blekning i korallalger, som är viktiga grundarter på Galápagos -reven. "

Bland de ansvar som tilldelats Beltram, som gick med i laget i Galápagos i somras, var att sätta upp experiment för att studera cyanobakterierna. Hon hjälpte också till att mäta vad som har hänt på ungefär två dussin specifika områden, eller "transekterar, "som Witman har övervakat i åratal.

"Jag har verkligen brunnit för marin vetenskap sedan jag var liten, så det var otroligt spännande att resa dit och aktivt bidra till fältarbete, "Sa Beltram." Det är också bara en vacker plats, särskilt under vattnet. "

En cykel ur balans

Frågan, fastän, är om den vackra platsen kommer att bestå. Över åren, Witman sa, El Niño - La Niña -cykeln har gett ett mönster som omväxlande verkar förstöra, men vid andra tillfällen lösa in tidvattenekosystemets fantastiska biologiska mångfald.

"Koraller blekar och dör ibland under den extrema temperaturvariationen från de höga temperaturerna under El Niño och de låga temperaturerna i den efterföljande La Niña, "sa han." Men när La Niña ger mer produktivt vatten, barnaklar reproducerar sig och sätter sig på de stressade korallerna och över hela botten. "

Det försämrar korallerna ytterligare, men fjällen tjänar som föda för många andra arter, främja en rebound i undervattenslivet. Men ju mer Witman och hans team dyker in-bokstavligen och bildligt-desto mer ser de att den långsiktiga trenden är oroande.

"Med fortsatt El Niños, ekosystemet Galápagos under tidvatten kan övergå till ett system med fler havstulpaner och deras rovdjur och färre koraller, "sa han." Jag är orolig, dock, att detta kan vara ett system med lägre mångfald, vilket kan göra det mindre motståndskraftigt mot framtida klimatchocker. "

Vem äter vem

Åtminstone för stunden, matbanorna i området förblir fulla av karaktärer, som alla har en roll att studera. Lamb och Witman tillbringade november med att formulera experiment för att testa hypoteser om vilka arter som betar på alger och hur mycket. De satte ut burar som selektivt utesluter växtätande fiskar eller sjöborrar, de två stora grupperna av växtätare i detta ekosystem.

"Vi vill förstå de två viktiga gruppernas individuella och kombinerade ekologiska roller, "Lamb sa." På grund av deras olika livshistorier och matningsstrategier, de kan vara väldigt olika i hur de reagerar på förändringar i miljön, till exempel ökad vågturbulens från stormar som genereras under El Niño. "

Eftersom alger fungerar som grunden för mycket av ett ekosystems produktivitet, svaren på dessa frågor har djupa konsekvenser. För mycket algkonsumtion kan underminera livsmedelsförsörjningen för andra arter och minska biologisk mångfald.

Matbanorna spelar ut på komplicerade sätt, Witman har hittat, som arter kämpar för att överleva. Som det gjorde för Darwin, Galápagos levererar fortfarande massor av nya lärdomar om hur naturen fungerar - triggfiskens kritiska roll, till exempel.

"Vår forskning har upptäckt att triggerfish är keystone -rovdjur, "Witman sa." De byter kraftigt på sjöborrar och ökar följaktligen produktiviteten i det marina ekosystemet genom att frigöra alger från konsumtion av sjöborrar. Havsborrar är som undervattensgräsklippare som slår ner bottenlevande alger; allt som förändrar deras konsumtion av alger har en dramatisk effekt på produktiviteten. Vi fann att spanska svinfiskar saktar ner hastigheten på triggerfish -predation på sjöborrar genom att försöka ta urborrarna ur triggfiskens mun. "

Runt världen

Som Witman och hans studenter - genom åren har han utbildat nio studenter, sex doktorander och tre postdoktorer enbart i Galápagos - fortsätter att sammanfoga hur livet i tidvatten förändras med klimatet på öarna, han arbetar också globalt. Han tog en sidresa i början av december, till exempel, för att kolla på en annan av hans vanliga platser:korallrev nära påskön, långt utanför Chiles kust.

När han är hemma i New England, Witman finns ofta i Gulf of Maine vid Cashes Ledge, den största och djupaste kelpskogen till havs i Nordatlanten. Där, för, klimatförändringar kan hota den biologiska mångfalden.

"Vi studerar kelpskogens motståndskraft mot uppvärmning, eftersom det är en så ekologiskt viktig art, och försöker också uppnå permanent skydd för de spektakulära marina samhällena på Cashes Ledge som ett amerikanskt marin nationalmonument, "Sa Witman.

Lamb arbetar samtidigt för att visa hur de unika kelpskogarna på Cashes Ledge är hem för några av de hälsosammaste bestånden av torsk och pollock i södra Maine -viken.

Oavsett om det är i det varma vattnet i södra Stilla havet eller i det mycket kallare Nordatlanten, målet är att förstå hur havsekosystem fungerar så att människor kan hjälpa dem att trivas snarare än att hota deras överlevnad.

"En sund förvaltning av haven kräver förståelse för de roller som viktiga arter och biologisk mångfald spelar för ekosystemets funktion, "Witman sa." Och, självklart, hur detta förändras av mänsklig störning. "