Två sammankopplade marina ekosystem - östra Engelska kanalen och södra Nordsjön - upplevde stora och motsatta förändringar i sina fisksamhällen under en 30-årsperiod, enligt forskare som rapporterar sina resultat i Nuvarande biologi den 8 november. Snabb uppvärmning fick mindre havsfiskar att plötsligt flytta norrut från ett ekosystem till ett annat.

Denna inversion i strukturen av de två ekosystemen orsakade också en stor förändring i hur de sammankopplade ekosystemen fungerade. Ekosystemfunktion hänvisar till hur en sammansättning av arter tillsammans med oorganiska material fungerar som en större helhet för att påverka biologiska, geokemisk, och fysiska processer. Förändringar i ett ekosystems struktur och funktion kan, till exempel, ändra hastigheten för kolupptag från atmosfären eller hastigheten med vilken organiska material bryts ned.

Resultaten tyder på att den förväntade ökningen av frekvensen och svårighetsgraden av klimatsvängningar och extrema uppvärmningshändelser kan utlösa förändringar i distributionen och förekomsten av arter med djupgående konsekvenser för hur ekosystem runt om i världen fungerar, säger forskarna.

"Denna uppvärmning orsakade en abrupt förändring i fisksamhällen som små, snabbt mogna fiskar, särskilt pelagiska fiskar, minskade samtidigt i Engelska kanalen och ökade i Nordsjön, " säger Matthew McLean från IFREMER, Boulogne-sur-Mer, Frankrike. "Detta tyder både på att fiskar flyttade norrut mellan ekosystemen och att Engelska kanalen blev en ogynnsam miljö för vissa fiskar medan Nordsjön blev en mer gynnsam miljö."

I mitten av 1990-talet en naturlig klimatsvängning som kallas "Atlantic Multidecadal Oscillation" växlade från en kall till en varm fas, producerar varmare havsytor i hela Atlanten. McLean och kollegor insåg att majoriteten av studier som undersöker effekterna av en sådan uppvärmning på fiskar har fokuserat på förändringar i vissa arter, ofta med fokus på kommersiella fiskearter.

I den nya studien, forskarna tog ett nyare synsätt på att ta hänsyn till egenskaperna hos särskilda arter som förklarar hur de reagerar på förändringar i miljön och vilka roller de spelar i ekosystemet. "Förvånansvärt få studier har använt detta tillvägagångssätt för att förstå hur snabb uppvärmning kan påverka marina ekosystem och hur förändringar i fiskmängder och -fördelningar kan påverka ekosystemets funktion, " säger McLean.

Forskarna använde över 30 års fiskövervakningsdata och en omfattande sammanställning av ekologiska egenskaper för att undersöka dynamiken i fiskens funktionella struktur i östra Engelska kanalen och södra Nordsjön. De karakteriserade funktionell struktur med hjälp av tio egenskaper relaterade till livshistoria, användning av livsmiljöer, och utfodringsekologi för 73 fiskarter i Engelska kanalen och 110 i Nordsjön.

Även om forskarna inte var förvånade över att hitta förändringar i arternas förekomst och utbredning som svar på mänsklig påverkan och uppvärmning, de blev förvånade över att finna en omvänd förändring i hela fisksamhällen inom anslutna ekosystem. De blev också förvånade över den exceptionella hastigheten av dessa förändringar, eftersom den "funktionella inversionen" inträffade bara ett eller två år efter en kraftig temperaturhöjning. Deras uppgifter tyder också på att fiskets inflytande var ringa jämfört med effekterna av uppvärmning.

Resultaten tyder på att uppvärmningshändelser i framtiden kan ha stora och långvariga effekter på marina ekosystem och fiske. Forskarna säger att resultaten av den nya studien kan användas för att förutse hur andra marina ekosystem kan förändras under framtida uppvärmning.

"Vi måste planera för snabba förändringar i fisksamhällen mellan ekosystem, särskilt när arter flyttar mot polen, "Säger McLean.