Under vissa förutsättningar, ett rev kan stödja antingen ett blomstrande korallgemenskap eller ett frodigt tångfält, beroende på vad det började med. Upphovsman:Kai Kopecky, Russ Schmitt
Tropiska rev är sårbara ekosystem, känslig för olika miljöförhållanden och störningar, som kan ändra sin sammansättning från pulserande korallrev till stora fält av tång eller kargt spillror.
Nu har forskare vid UC Santa Barbara fastställt att dessa distinkt olika samhällen kan bestå under exakt samma förhållanden. Resultaten, som visas i Förfaranden från National Academy of Sciences , kan ha breda konsekvenser för ekologi och bevarande över hela världen.
Makroalger, kallas vanligen tång, tenderar att tävla korall på rev om det inte hålls i schack av växtätare. Som ett resultat, mängden växtätande på ett rev är en stark faktor för att avgöra om platsen kommer att vara ett korallrev eller ett fält av tång.
"Rev i många delar av världen har övergått från koraller till tång, och frågan är vad som håller revet som domineras av tång snarare än att återvända till korall, "säger professor Sally Holbrook från UC Santa Barbara's Marine Science Institute (MSI), en av tidningens medförfattare.
Om du börjar med massor av alger (grön kurva), det krävs mer växtätande för att övergå till ett koraldominerat samhälle. Om du börjar med korall (orange kurva) kommer korallen att förbli även under lägre nivåer av växtätare. Upphovsman:Matt Perko
En möjlighet är att miljön förändrats på ett sätt som gynnar tången, och så även om tången försvann, de nya förhållandena skulle inte längre passa koraller. Men forskarna ville avgöra om det kan finnas en annan förklaring, en med mycket olika konsekvenser för hanteringen av korallrev. De undersökte om ett robust korallgemenskap och ett robust tångsamhälle både kan uppstå och kvarstå under samma miljöförhållanden - nämligen mängden växtätande på revet.
I experiment på National Science Foundation-finansierade Moorea Coral Reef Long Term Ecological Research-webbplats på Moorea, Franska Polynesien, gruppen undersökte först om det fanns en växtätningsnivå där både korall och alger kunde bestå på revet, kallas en bi-stabil region. Och om detta var fallet, de ville bestämma var detta fönster låg i jämförelse med nuvarande förhållanden på revet.
Forskarna minskade växtätande aktivitet till olika nivåer genom att stänga av vissa delar av revet så att fisk inte kunde komma in för att nappa på algerna. De sätter upp burar ungefär lika stora som en brödrostugn, i grupper, på områden som initialt antingen hade eller inte hade tång. Varje grupp hade burar med olika hålstorlekar som skapade en lutning från platser som knappt är tillgängliga för växtätare, till dem som rymde alla utom de största algätarna.
Denna inställning gjorde det möjligt för forskargruppen att bestämma vilka nivåer av växtätande som hindrade tång från att ta tag, samt vilka nivåer som behövdes för att ta bort befintlig tång. De upptäckte att vändningen inte skedde under samma förhållanden som gick åt båda hållen.
"Vi fann att det tar mycket mer växtätande att ta bort tång än det gör för att förhindra det, "sa huvudförfattaren Russ Schmitt, även med MSI, och professor vid Institutionen för ekologi, Evolution och marinbiologi. "Det betyder att det finns en mängd växtätande där livsmiljön kan bestå antingen som ett korallrev eller som ett tångdominerat rev beroende på om samhället började som korall eller tång. Inget annat behöver skilja sig."
En enhörning med orange ryggrad bläddrar på lite sargassum, med experimentburarna synliga i bakgrunden. Upphovsman:Russ Schmitt
Eftersom experimentet sträckte sig över flera år, laget kunde visa att deras resultat hölls över flera generationer av tång. "Detta är första gången som ett fältförsök har visat att det är möjligt för två olika, beständiga samhällen att existera under samma förhållanden på ett korallrev, sa Schmitt.
Och resultaten är mer än akademiska. "En anledning till att detta fynd är viktigt är att det tyder på att en stor chock för revet kan vända det från korall till tång utan att förändra mängden växtätande, "sa medförfattaren Samantha Davis, forskarprogrammets samordnare vid universitetets Center for Science and Engineering Partnerships. "Och en gång vänd, revet kommer då att förbli dominerat av tång. "
MSI -forskare Thomas Adam, en annan av tidningens medförfattare, instämmer. "Vändningen är svår att vända eftersom bara en mycket stor störning kan få revet att återvända till korall, "sa han." Vårt andra fältförsök testade denna idé. "
Tanken är att om förhållandena vore i denna tvåstabila region, sedan efter en liten chock borde samhället återgå till sitt tidigare tillstånd. En stor chock, å andra sidan, skulle förändra det paradigm under vilket systemet fungerade, skicka den mot en annan komposition, där den då skulle stanna.
Teamet simulerade en händelse som en cyklon genom att skura alger från små fläckar av lagunrevet, en sektion som de hade bestämt befann sig i detta överlappande stabilitetsområde. Och revet betedde sig precis som modellen förutspådde. Orörda områden förblev i sitt ursprungliga tångläge, medan måttligt störda områden återvände till tångfält och stannade så i åratal. Dock, rev som utsatts för en mer drastisk störning som vänds till ett tångfritt tillstånd, vilket gjorde att koraller kunde ta tag. Förutom de olika störningarna i början av experimentet, miljöförhållandena var desamma på alla platser.
I regionen där de två staterna överlappar varandra, en stor chock - som en cyklon - kan förändra systemets beteende även om förhållandena - som växtätande - förblir desamma. Upphovsman:Matt Perko
Denna dynamik presenterar två utmaningar för bevarande. Först, det visar att det är svårare att återställa ett förändrat system till sitt tidigare tillstånd-som att rehabilitera en täckt lagun till ett blomstrande korallrev-än att bara behålla ett samhälle i dess ursprungliga skick. Andra, det tyder på att även ett till synes hälsosamt ekosystem kan vara sårbart för dramatiska förändringar i samhället. Utan att ändra villkoren på revet, en tillräckligt stor skakning till systemet kan flytta ett ekosystem till en annan stat, där den sedan förblir instängd.
Lyckligtvis, studiens metodik i sig erbjuder ett kraftfullt verktyg för att avgöra hur sårbart ett ekosystem kan vara för att byta från ett tillstånd till ett annat, samt för att bedöma hur svårt det kan vara att vända en sådan omkopplare. "De metoder som vi utvecklat ger en färdplan för att bedöma var ett ekosystem ligger på en miljögradient - i vårt fall olika nivåer av växtätande - i förhållande till en tipppunkt där ekosystemet kan vända från ett ihållande tillstånd till ett annat, "sa MSI -projektforskaren Andrew Brooks, också en medförfattare. Det gör det också möjligt för dem att avgöra om denna tipppunkt ligger i ett område med bi-stabilitet.
"Korallrev glider iväg, "sa Dan Thornhill, en programledare för National Science Foundation för långsiktig ekologisk forskning. "Vi ser en global förändring från pulserande korallrevsekosystem till tångfält. Men dessa forskare visar att under rätt förhållanden, rev kan återhämta sig från störningar. "
