Тепловой стресс cнизил устойчивость кораллов к подкислению морской воды
Статья опубликована в журнале Science Advances.
Коралловые рифы — важнейшие для биоразнообразия высокопродуктивные экосистемы океана. Уже несколько десятилетий они подвергаются значительному антропогенному воздействию, что приводит к их обесцвечиванию и вымиранию. Известно, что наибольший ущерб кораллам приносит совместное воздействие подкисления воды (которое происходит за счет роста концентрации углекислого газа в воздухе и его последующего растворения в воде) и повышения ее температуры, но механизмы, которые отличают такое воздействие от влияния этих факторов по отдельности, пока не изучены.
Ученые под руководством Максенса Гильермика (Maxence Guillermic) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе исследовали влияние теплового стресса и повышенных концентраций углекислого газа на способность кораллов отстраивать свой скелет. Для этого они выращивали тропические кораллы Pocillopora damicornis и Stylophora pistillata в контролируемых условиях: при температуре 28 градусов Цельсия и концентрации CO2 462 ppm (частей на миллион), 28 градусов Цельсия и 931 ppm, 28 градусов Цельсия и 2884 ppm, 31 градус Цельсия и 483 ppm, 31 градус Цельсия и 908 ppm, 31 градус Цельсия и 3303 ppm.
В ходе эксперимента ученые анализировали соотношение изотопов бора (δ11B), а также соотношение бора и кальция в скелетах кораллов. В основу такого подхода взята химия арагонита — минерала, из которого сложен скелет коралла. Он состоит из карбоната кальция с небольшой примесью бора и становится менее прочным с подкислением морской воды, потому что в таких условиях сложно поддерживать оптимальный pH кальцифицирующей жидкости (это внеклеточная жидкость между основанием каликобластической ткани и скелетом коралла).
Рисунки отображают измеренные параметры как функцию pH морской воды. (A) и (B) показывают чистую скорость кальцификации как процентное изменение массы скелета на протяжении эксперимента. (C) и (D) показывают δ11B, измеренное для P. damicornis и S. pistillata, соответственно, и независимые измерения δ11B S. pistillata, проведенные Институтом полярных и морских исследований Альфреда Вегенера (AWI), с отдельными измерениями, выделенными темно-серым цветом. Пунктирные горизонтальные линии обозначают нулевую кальцификацию. (E) и (F) показывают расчетное значение pH кальцифицирующей жидкости для P. damicornis и S. pistillata соответственно. Модель наилучшего соответствия (линейная или нелинейная регрессия) была определена с помощью GraphPad на основе самых низких информационных критериев Акаике (AIC); сплошные линии указывают на значительную регрессию. Пунктирные серые линии представляют соотношение pHcf: pHsw 1:1 для сравнения с наблюдаемыми тенденциями.
Maxence Guillermic et al. / Science Advances, 2021.
Оказалось, что в условиях оптимальной температуры (28 градусов Цельсия) оба вида кораллов были достаточно устойчивыми к снижению pH морской воды: несмотря на рост концентрации карбонат-ионов pH их кальцифицирующей жидкости оставался стабильным, и скелет продолжал восстанавливаться. Однако в условиях температурного стресса (температура 31 градус Цельсия) pH кальцифицирующей жидкости снижался, и она начинала растворять скелет.
Авторы отметили, что их эксперимент стал первым свидетельством влияния температуры морской воды на химический состав кальцифицирующей жидкости внутри коралла. Они объяснили устойчивость кораллов к подкислению морской воды в условиях оптимальной температуры выживанием симбиотических водорослей: они обеспечивают кораллу энергию, необходимую для протонной перекачки и поддержания pH кальцифицирующей жидкости. С ростом температуры они погибают, и кальцифицирующая жидкость подкисляется, разрушая скелет.