Vi är alla bekanta med vändpunkter, när man korsar vad som kan tyckas vara en mindre tröskel kan leda till drastiskt olika resultat – Super Bowl-favoriten som hamnar på sista plats med skada på en enda linjeman, en tomatplanta som stiger mot himlen i samma ögonblick som den toppar de skuggiga gränserna av sin lerkruka.

Nu, en studie av forskare vid William &Mary's Virginia Institute of Marine Science identifierar en vändpunkt i ostronrestaureringsinsatser, där rev som byggts om för att nå en fot eller mer över botten utvecklas till friska, självförsörjande ekosystem, medan de som byggs om på lägre höjder snabbt beläggs och sedan begravs av sediment.

Studien, artikeln i numret av den 6 november Marine Ecology Progress Series , är medförfattare av tidigare VIMS Ph.D. student Allison Colden tillsammans med VIMS-professorerna Rob Latour och Rom Lipcius. Det är den andra artikeln av VIMS-forskare i den prestigefyllda tidskriften den senaste månaden.

Colden, nu Maryland fiskeriforskare för Chesapeake Bay Foundation, säger, "Att identifiera tröskelresponsen hos ostronpopulationer på revhöjden ger kritiska insikter om nedbrytningen och förlusten av vikens ostronrev. Att förstå detta svar och dess underliggande mekanismer kan hjälpa chefer att få ut det mesta av begränsade resurser genom att inte överbygga, samtidigt som sannolikheten för restaureringsframgång maximeras." Återställda ostronrev byggs vanligtvis med hjälp av fossila eller återvunna skal, som båda är en bristvara.

Forskarna säger att deras resultat kan hjälpa till att förklara ostronförlust och förbättra ostronrestaurationsinsatser inte bara i bukten utan i hela världen. Inhemska ostronpopulationer har minskat runt om i världen under det senaste århundradet på grund av överfiske, näringsföroreningar, sjukdom, och försämrad livsmiljö, med stora ekonomiska och ekologiska effekter.

Teamets forskning bygger på flera nyligen genomförda studier som identifierade revhöjden som en nyckelprediktor för framgång eller misslyckande med restaurering. Men, säger Lipcius, "ingen hade kvantifierat tröskelhöjden vid vilken ett revs bana divergerar, eller identifierade de involverade mekanismerna."

För att svara på de frågorna, forskarna använde ostronskal för att bygga 24 experimentella rev på fyra platser i floderna Great Wicomico och Lynnhaven, bifloder till Chesapeake Bay i Virginia. De byggde reven på 6 olika höjder, från 5 centimeter till en halv meter ovanför viken – en rad höjder som vanligtvis används vid ostronrestaurering eller återuppbyggnadsaktiviteter i bukten.

De observerade sedan dessa rev 8 månader och 2 år efter konstruktionen, använda en videokamera på ett fjärrstyrt fordon. De mätte också ostrondensitet, hastigheten för sedimentavlagring, och "rugositet, " ett mått på ytkomplexitet. Friska rev har många skrymslen och vrår, som skyddar ostronlarver och andra smådjur från strömmar och rovdjur, samtidigt som den genererar turbulens som hjälper till att hålla sediment borta från revytan.

"Vår videosampling visade att revets tillstånd skiljde sig nästan omedelbart - inom 2 månader efter konstruktion, " säger Colden. "På de nedre reven, sediment begravde snabbt skalen, särskilt runt revkanterna. På de högre reven, vi såg framväxande skal, massor av unga ostron, och lägre sedimentationsnivåer. "

Tipppunkten eller tröskeln mellan dessa två tillstånd var 0,3 meter, ungefär en fot. Rev byggda till denna höjd eller högre hade ostrondensiteter 3,5 gånger större än lägre rev, och tätheterna på de högre reven ökade generellt med tiden. Tätheterna på de lägre reven tenderade att minska under en rad sedimentationshastigheter, med de flesta av dessa rev försvinner så småningom under ett täcke av sediment.

"Vi fann att förhållandet mellan ostrondensitet och revhöjd var icke-linjärt, " säger Lipcius. "Hastigheten av sedimentavsättning minskade exponentiellt med ökande revhöjd, medan robustheten ökade."

Forskarna tillskriver dessa observationer positiva återkopplingar mellan revstrukturen, vattenflöde, och resulterande befolkningsdynamik.

"Ju högre revet är över havsbotten, ju mindre utrymme finns för vatten att rinna mellan det och ytan, " säger Colden. "Det gör att vattnet rinner snabbare, som hindrar sediment från att samlas över ostron, ger massor av plankton för dem att filtrera, och hjälper till att upprätthålla de skrymslen och vråren som skyddar ostronlarver och andra ryggradslösa djur."

Forskarna säger att förhållandet mellan revhöjd och uthållighet också hjälper till att förklara hur skördetrycket ledde till att inhemska ostronpopulationer försvann under 1900-talet.

"Tröskeldynamiken vi observerade hjälper till att förklara den historiska förlusten av revhabitat längs Atlantkusten, " säger Lipcius. "Genom att bryta isär revstrukturen och ta bort skal tillsammans med levande ostron, skördetekniker som muddring och hydraulisk tungning minskade revhöjden under den kritiska tröskeln, flytta reven från en ihållande till en förnedrande bana."

Ser fram emot, forskarna säger att deras fynd indikerar att restaurerade rev bör sträcka sig minst 0,3 meter över botten, och bör vara förbjudna att skörda om inte chefer kan säkerställa att reven förblir över revhöjdströskeln under skördeförhållanden.