Något märkligt händer i det azurblå vattnet utanför Ischias steniga klippor, Italien. Där, strömmar av gasfyllda vulkanbubblor som stiger upp till ytan förändrar radikalt livet runt dem genom att göra havsvattnet surt. Stanford-forskare som studerar arter som lever nära dessa gasiga öppningar har lärt sig vad som krävs för att överleva i sura vatten, ger en glimt av hur framtida hav kan se ut när de blir surare.

Deras resultat, publicerad 11 december i Naturkommunikation , tyder på att havsförsurning som drivs av människor orsakade koldioxidutsläpp kan ha en större inverkan än man tidigare trott.

"När en organisms miljö blir surare, det kan dramatiskt påverka inte bara den arten, men det övergripande ekosystemets motståndskraft, funktion och stabilitet, " sa Stanfords marinbiolog Fiorenza Micheli, huvudförfattare på tidningen. "Dessa förändringar påverkar i slutändan människor, särskilt våra livsmedelskedjor."

Ett naturligt laboratorium

De flesta havsförsurningsstudier hittills har ägt rum i laboratorier, gör det omöjligt att bedöma hur hela ekosystem består av flera, interagerande arter skulle påverkas. Det verkliga laboratoriet gav forskare en möjlighet att undersöka dussintals arter, från sjöborrar till havssniglar, som lever i områden med olika surhetsgrad längs Ischias vulkaniska koldioxidventiler. Förutom att studera hur arternas mångfald förändrades med försurningen, de analyserade artegenskaper, som kost och tillväxt, som påverkar hur väl ekosystemet presterar. Till exempel, havssniglar var mindre i surare vatten, eftersom deras skal tar längre tid att växa och är tunnare och sprödare. Dessa skadliga effekter på havssniglar, en nyckelföda för djur högre upp i näringskedjan, kan påverka fiskpopulationer.

Övergripande, forskarna fann att de aktiva ventilationszonerna med det suraste vattnet var hem för inte bara det minsta antalet arter, men också de lägsta mängderna "funktionell mångfald" – utbudet av ekosystemstödjande tjänster eller roller som varje art kan tillhandahålla.

"Att studera de naturliga koldioxidventilerna i Ischia gjorde att vi kunde reda ut vilka egenskaper från olika arter, som snigelskalstyrka, var mer sårbara för havsförsurning. Dessa resultat belyser hur haven kommer att fungera under olika försurningsscenarier i framtiden, " sa huvudförfattaren Nuria Teixidó, en marinbiolog från Stazione Zoologica Anton Dohrn i Italien, som var gästforskare vid Stanford under forskningen.

Försurning i vattnet i Ischia fördrev långlivade arter, som koraller, som bildar livsmiljöer för andra arter – en process som redan ofta bevittnas på rev över hela världen. Forskarna fann också att höga nivåer av koldioxid och mer surhet gynnade arter med kort livslängd och snabb omsättning eftersom de är de enda arterna som kan motstå dessa miljöförhållanden. Denna förändring kan leda till ytterligare förlust av mångfald och instabilitet i haven, eftersom biologisk mångfald tenderar att öka ett ekosystems stabilitet.

En bredare tillämpning

Lokaliserade fallstudier som Ischia kan belysa hur framtida globala miljöförhållanden kan påverka havets liv. Förutom att förlora biologisk mångfald, havets försurning kommer att hota livsmedelssäkerheten för miljontals människor som är beroende av skaldjur, tillsammans med turism och andra havsrelaterade ekonomier.

"Effekterna av havsförsurning på hela ekosystem och deras funktion är fortfarande dåligt förstådda, sa Micheli, en professor i biologi. "I Ischia, vi har fått nya insikter om hur framtidens hav kommer att se ut och vilka nyckeltjänster, som livsmedelsproduktion och kustproduktion, kommer att gå förlorad när det finns mer koldioxid i vattnet."