Falklandsöarna är en tillflyktsort i Sydatlanten för några av världens viktigaste sjöfågelarter, inklusive fem arter av pingviner, Great Shearwaters, och Vitkinnade stormfåglar. På senare år har deras häckningsplatser i den kustnära tussac ( Poa flabellata ) gräsmarker har kommit under ökande press från fårbete och erosion. Och till skillnad från andra regioner på jorden, det har inte gjorts någon långtidsövervakning av reaktionerna från dessa grävande och häckande sjöfåglar på klimatförändringarna.

A 14, 000-årig paleoekologisk rekonstruktion av de subantarktiska öarna ledda av University of Maine-forskare har funnit att sjöfågeletablering inträffade under en period av regional avkylning 5, 000 år sedan. Deras befolkning, i tur och ordning, förändrade Falklandsöarnas ekosystem genom avlagring av höga koncentrationer av guano som hjälpte till att ge näring till tussac, producera torv och öka brandförekomsten.

Denna land-marin förbindelse är avgörande för öarnas ansträngningar för bevarande av gräsmarker framöver, säger Dulcinea Groff, som ledde forskningen som UMaine Ph.D. student i ekologi och miljövetenskap, och en del av ett National Science Foundation-finansierat Interdisciplinary Graduate Education Research Traineeship (IGERT) in Adaptation to Abrupt Climate Change (A2C2). Kopplingen av näringsämnen med ursprung i det marina ekosystemet som överförs till det terrestra ekosystemet berikar öarnas näringsfattiga jord, vilket gör Falklandsöarna känsliga för förändringar i klimat och markanvändning.

Den land-marina kopplingen på Falklandsöarna var i fokus för Groffs avhandling 2018.

"Vårt arbete betonar hur viktiga näringsämnena i sjöfågelbajs är för de pågående ansträngningarna att återställa och bevara sina gräsmarkshabitat. Det väcker också frågan om vart sjöfåglarna kommer att ta vägen när klimatet fortsätter att värmas, säger Groff, som utförde forskningen på Falklandsöarna under expeditioner 2014 och 2016 ledda av Jacquelyn Gill, en docent i paleoekologi och växtekologi vid UMaine Climate Change Institute.

"Våra 14, 000-åriga rekord visar att sjöfåglar etablerade sig vid Surf Bay under kallare klimat. Insatser för att bevara sjöfågel i södra Atlanten bör vara förberedda för att dessa arter kan flytta till nya häckningsplatser i en varmare värld, och dessa platser kanske inte är skyddade, säger Groff, som nu är postdoktor vid University of Wyoming.

UMaine expeditionsteamet, som inkluderade Kit Hamley, sedan en masterstudent i kvartära studier och en Climate Change Institute Fellow, samlade en 476-centimeters torvpelare från Surf Bay, Östra Falkland. Den 14, 000-åriga rekord som avslöjats i torvpelarens oupplösta blad av torv "fångar utvecklingen av en land-marin koppling som stöder några av de viktigaste häckningskolonierna av sjöfåglar i södra oceanen idag, " enligt forskargruppen, som publicerade sina resultat i tidskriften Vetenskapens framsteg.

Frånvaron av sjöfåglar på East Falklandsområdet före 5, 000 år sedan tyder på att sjöfåglar kan vara känsliga för varmare medierade havstemperaturer, vilket kan påverka deras matförsörjning, enligt forskargruppen. Med en värmande södra Atlanten idag, frågan är om Falklandsöarna, cirka 300 mil öster om Sydamerika, kommer att fortsätta att vara en sjöfågelhäckande "hot spot".

"Vårt arbete tyder på att när södra oceanen fortsätter att värmas upp under de kommande decennierna, sjöfågelsamhällena på Falklandsöarna kan genomgå en plötslig omsättning eller kollaps, som kan hända i storleksordningen decennier, " enligt forskargruppen, som, förutom Groff, Hamley (nu doktorand i UMaine) och Gill, involverade Trevor Lessard och Kayla Greenawalt från UMaine, Moriaki Yasuhara från University of Hong Kong, och Paul Brickle från South Atlantic Environmental Research Institute, alla medförfattare till tidskriftsartikeln American Association for the Advancement of Science.

Falklandsöarna är på gränsen för ett antal potentiella klimatfaktorer, notera forskarna. Och P. flabellata torvmarker har världens högsta ackumuleringshastigheter, "tillhandahålla en ovanligt högupplöst skiva som kan registrera abrupt förändring" - konserverat kol, sjöfågelguano och pollendata som kan användas för att analysera brandhistorik, sjöfågelpopulationens överflöd och vegetationens sammansättning, respektive.

På Falklandsöarna, där det inte finns några inhemska däggdjur eller träd, nybyggare introducerade får på 1600-talet. I dag, invånarna försörjer sig på fiske, fåruppfödning och turism.

Den 14, 000-åriga rekord från östra Falkland avslöjade att för 9, 000 år innan sjöfåglarnas ankomst, regionen dominerades av låga nivåer av gräs, ett hedlandskap av ormbunkar och dvärgiga ericaceous buskar. Cirka 5, 000 år sedan, forskarna säger, en "abrupt övergång" verkar inträffa. Koncentrationerna i bioelement som fosfor och zink ökar. Ansamlingshastigheten för gräspollen skjuter i höjden, vilket indikerar etablering av tussac gräsmarker inom 200 år efter etableringen av sjöfågelkolonier på ön. Finns även i kärnan:ökad ackumuleringshastighet av torv och träkol.

Det är uppenbart att tillsatsen av sjöfågelpopulationer som förde näringsämnen från den marina miljön till ön drev förändringar i den landlevande växtsamhällets struktur, sammansättning och funktion, enligt forskarna, samt ökad eldaktivitet och näringsomsättning.

Det som förblir oklart är vad som drev det plötsliga ekosystemskiftet, säger Gill, en av världens ledande myndigheter inom paleo-ekosystem, inklusive effekterna av klimatförändringar och utrotning, och den geografiska fördelningen av levande varelser genom rum och tid.

"Vi vet att sjöfåglar anlände till Surf Bay under en tid då klimatet blev svalare i södra Atlanten, även om vi fortfarande inte vet säkert vad det var de spårade. Vi vet inte heller var dessa fåglar tog sin tillflykt när klimatet var varmare, och det är oroande när södra Atlanten blir varmare in i framtiden, säger Gill, en NSF-karriärforskare som senast utsågs till 2020 Friend of the Planet av National Center for Science Education.

"Vår studie är också en kraftfull påminnelse om varför vi behöver förstå hur olika ekosystem hänger ihop när världen värms upp, " säger Gill. "Vi vet att många sjöfåglar i södra Atlanten förlitar sig på dessa unika kustgräsmarker, men det visar sig att gräsen också är beroende av de näringsämnen som sjöfåglarna ger. Eftersom de förlitar sig på ekosystem i havet och på land för sin överlevnad, sjöfåglar är riktigt bra vaktposter för global förändring. Vi har helt enkelt inte bra långsiktiga övervakningsdata för de flesta av dessa arter, så vi vet inte tillräckligt om hur känsliga de är för klimatförändringar. Fossilregistret kan hjälpa oss att fylla i luckorna."