Forskare gör vanligtvis allt för att hålla alla faktorer utom en konstant när de gör ett experiment. Forskare med globala förändringar kan flytta en korall från ett rev till ett akvarium vars vatten hålls 1°C högre för att testa effekterna av havsuppvärmningen som förutspåddes i slutet av århundradet. Eller så kan de sänka vattnets pH med 0,4 enheter för att studera effekterna av försurning av havet.

Men en ny översiktsartikel presenterar bevis som talar för ett mer nyanserat tillvägagångssätt för utformningen av dessa experiment – ​​en som erkänner och målmedvetet införlivar variabiliteten som är inneboende i naturen.

Artikeln, i senaste numret av Aktuella klimatförändringsrapporter , fokuserar på studier som undersöker hur havets uppvärmning och försurning kan påverka koraller och korallalger. Huvudförfattaren Emily Rivest från William &Mary's Virginia Institute of Marine Science säger att dess resultat sannolikt också är tillämpliga på andra grundläggande revarter som ostron.

"Omfånget av pH och temperatur som vissa organismer upplever dagligen överstiger de förändringar vi förväntar oss att se i det globala havet i slutet av århundradet, " noterar Rivest, en biträdande professor vid VIMS. "Men vi vet inte riktigt hur denna variation påverkar deras fysiologi och deras förmåga att reagera på framtida förändringar. De papper vi granskade tyder på att denna variabilitet är viktig, och vi måste införliva det i våra experiment."

Verkligen, Det finns en växande konsensus om att graden av variation i temperatur och pH en organism står inför i sin nuvarande miljö sannolikt kommer att påverka dess reaktion på framtida uppvärmning och försurning. Till exempel, en korall som växer i en lagun med bakrev – vars begränsade vatten kan värmas drastiskt varje eftermiddag under den gassande solen – kan vara mindre mottaglig för långvarig uppvärmning än en korall som växer i det öppnare, tempererade vatten i revytan. Detsamma kan gälla för hela arter eller populationer av värmeanpassade koraller.

I deras tidning, Rivest och medförfattare Steeve Comeau och Christopher Cornwall vid University of Western Australia granskade nästan 100 studier av hur förutsagda förändringar i havets pH eller temperatur kan påverka koralltillväxt. Men deras granskning fann att bara en "handfull" av studierna medvetet hade varierat dessa faktorer, eller undersökt vikten av naturlig variation för revorganismernas prestanda.

Experimenten som inkorporerade variabilitet föll i två kategorier. "En typ var studier där du samlar koraller från en plats med hög variabilitet och en plats med låg variation och ser hur de gör under kontrollerade laboratorieförhållanden, "säger Rivest." Om variationen är viktig för att forma deras svar på miljöförändringar, då kommer deras svar att bero på platsen de kommer från."

Den andra typen "tittade på variationen inom laboratoriebehandlingar - att ta in koraller i labbet och höja dem under konstanta eller variabla förhållanden, sedan ge dem en extra stress och se om variationen de upplevde i labbet påverkar deras reaktion på den stressen."

Rivest och hennes kollegor fann att införlivande av variabilitet i ett experimentdesign gav tvetydiga och spännande resultat.

"Koraller från livsmiljöer med mer temperaturvariationer uppvisar i allmänhet större termotolerans, säger Rivest, "men effekterna av tidigare pH -variabilitet är mindre tydliga." Å andra sidan, hon säger, "I laboratoriestudier, pH-variationer begränsade ofta effekterna av havsförsurning, men effekterna av temperaturvariationer på reaktioner på uppvärmning var tvetydiga."

Rivest, Comeau, och Cornwall säger att deras resultat motiverar ytterligare forskning. "Vi vill att vår artikel ska signalera starten på en ny era i studier av hur klimatförändringar påverkar grundarter, " säger Rivest. "Vi måste verkligen överväga ett djurs nuvarande miljö som en utgångspunkt för hur det kommer att reagera i framtiden – vi vill att detta ska vara en diskussionspunkt inom vårt område, för hur vi borde utforma experiment och tänka på dessa frågor framåt."

Teamet säger att deras resultat också kan leda till praktiska tillämpningar. "Om vi ​​vet bättre hur miljövariationer påverkar djurens förmåga att tolerera framtida miljöförändringar, då kan vi tänka på det i ett restaurerings- och bevarandesammanhang, " säger Rivest. "T.ex. om du riktar in dig på ett rev för restaurering, vi skulle kunna starta ett träningsprogram för koraller där du odlar dem i labbet under varierande förhållanden så att de skulle vara redo att prestera bra ute i revmiljön." Detta tillvägagångssätt tillämpas redan vid Hawai'i Institute of Marine Biology, Australian Institute of Marine Science, och andra forskningslaboratorier världen över.

Rivest ledde en av fältstudierna som ingår i den senaste översiktsartikeln – där hon jämförde koraller från det varma vattnet i Franska Polynesien till det kallare vattnet i Taiwan – och har nu planer på att utvidga den forskningen till olika djur och vatten nära hennes nya hem på USA:s östkust. Hon började på fakulteten vid Virginia Institute of Marine Science i Gloucester Point 2016.

"Jag tänker på ostron som korallerna i Chesapeake Bay, " säger Rivest. "De ger liknande fördelar genom att de skapar en tredimensionell livsmiljö som stöder andra arter. Och variationen i pH och temperatur i bukten är ännu mer dramatisk än vi ser i många korallrev. Så jag tänker ställa samma typer av frågor här. Det finns mycket vi kan lära oss om hur ostron kommer att reagera på framtida miljöförändringar bara genom att undersöka de naturliga miljögradienter de möter i bukten just nu."

Hon planerar också att påbörja en serie laboratoriestudier. "Jag har inte haft förmågan att enkelt manipulera temperatur- och pH-variationerna i labbet ännu, säger Rivest, "men akvariesystemet jag bygger här kommer att tillåta mig att göra det." Hon bygger systemet i Seawater Research Lab på VIMS, en av de största anläggningarna i sitt slag i landet.