新研究：珊瑚骨架的存在會影響珊瑚礁白化后的恢復(fù)！

自然災(zāi)害可以突然摧毀一個區(qū)域的生態(tài)形成物種。但這種情況的發(fā)生可能會影響生態(tài)恢復(fù)。當(dāng)大火將景觀燒成灰燼時，熱浪之后留下了一大群殘留的木棍。風(fēng)暴潮和珊瑚白化在水下也有類似的作用。

圖片描述：海藻在受到干擾后可以迅速占領(lǐng)珊瑚礁。圖源：Jeff Liang

近日，加州大學(xué)圣巴巴拉分校研究團(tuán)隊在《生態(tài)學(xué)》期刊上發(fā)表了一篇研究論文。研究指出，棲息地形成生物（habitat-forming organisms，如枯樹、珊瑚骨架、牡蠣殼）因擾動而死亡的直立死亡結(jié)構(gòu)是可能影響生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程的物質(zhì)遺產(chǎn)。許多生態(tài)系統(tǒng)受到不同類型的擾動，這些擾動要么會移除生物結(jié)構(gòu)，要么會使其完好無損。研究團(tuán)隊使用了一個數(shù)學(xué)模型來量化珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力如何在結(jié)構(gòu)移除和結(jié)構(gòu)保留擾動事件后受到不同的影響，特別關(guān)注從珊瑚到大型藻類的制度轉(zhuǎn)變的可能性。研究發(fā)現(xiàn)，如果死珊瑚骨架為大型藻類提供了躲避草食的避難所，那么它們的復(fù)原力可能會大大降低，這是與珊瑚種群恢復(fù)相關(guān)的關(guān)鍵反饋。研究模型表明，死亡珊瑚骨骼的物質(zhì)遺產(chǎn)擴(kuò)大了草食動物生物量的范圍，在這個范圍內(nèi)，珊瑚和大型藻類的狀態(tài)是雙穩(wěn)態(tài)的。因此，物質(zhì)遺產(chǎn)可以通過改變系統(tǒng)驅(qū)動因素（食草動物）和狀態(tài)變量（珊瑚覆蓋）之間的潛在關(guān)系來改變彈性。

該研究調(diào)查了兩種擾動對珊瑚礁的影響。研究人員發(fā)現(xiàn)，與從風(fēng)暴中恢復(fù)相比，珊瑚更難從白化中恢復(fù)，即使這兩種事件的珊瑚死亡率相似。珊瑚白化后留下的珊瑚骨骼似乎為藻類提供了保護(hù)，藻類會將生長緩慢的珊瑚邊緣化。

火災(zāi)、干旱、風(fēng)暴和熱浪等重大擾動可能會突然殺死構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形成物種。當(dāng)這些生物的死亡結(jié)構(gòu)被留下時，這些物質(zhì)遺產(chǎn)可以改變恢復(fù)系統(tǒng)中物種之間的重新定居率和相互作用。例如，直立或倒下的枯樹會影響新的殖民個體在森林中的建立成功，死牡蠣的外殼可以為新的定居幼蟲提供基質(zhì)，以促進(jìn)牡蠣礁上的恢復(fù)，死亡珊瑚的骨骼既可以作為定居基質(zhì)，也可以作為大型藻類的港灣，與活珊瑚爭奪珊瑚礁上的附著空間。由于物質(zhì)遺產(chǎn)可以對生態(tài)過程產(chǎn)生強(qiáng)大影響，它們也有可能改變生態(tài)系統(tǒng)抵抗干擾和從干擾中恢復(fù)的方式，即生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)原力。例如，如果死亡的結(jié)構(gòu)物長時間占據(jù)大量的棲息地空間，這些遺產(chǎn)可以延長新侵殖者在受干擾地區(qū)重新播種的時間，并延長生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)其破壞前狀態(tài)的時間?；蛘?，如果死亡結(jié)構(gòu)有助于功能不同的生物群落的侵殖，這些結(jié)構(gòu)可能有助于生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的制度轉(zhuǎn)變。

為了更好地理解物質(zhì)遺產(chǎn)的作用，研究人員可以直接比較移除或保留死亡生物結(jié)構(gòu)的擾動如何影響復(fù)原力。一些擾動既殺死了形成結(jié)構(gòu)的生物，又去除了它們的生物結(jié)構(gòu)，在存活的個體之間開辟了未被占用的棲息地（稱為結(jié)構(gòu)去除擾動）。例如，強(qiáng)烈的火災(zāi)、洪水、風(fēng)暴、森林砍伐、山體滑坡、雪崩、疏浚和冰沖刷。相比之下，其他擾動殺死了形成結(jié)構(gòu)的生物，但使其結(jié)構(gòu)完好無損，導(dǎo)致活的和死的生物的拼湊或死的個體的密集群落，這可能會限制新侵殖者和幸存?zhèn)€體的空閑空間（稱為結(jié)構(gòu)保留擾動）。例子包括干旱、疾病、捕食者或害蟲爆發(fā)、熱應(yīng)激和缺氧事件。在這項研究中，研究人員使用一個模型來量化珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力如何在結(jié)構(gòu)移除和結(jié)構(gòu)保留擾動事件后受到不同的影響。研究表明，最初受到死珊瑚結(jié)構(gòu)保護(hù)的大型藻類可能會在死珊瑚結(jié)構(gòu)完全侵蝕后很長一段時間內(nèi)留在珊瑚礁上，從而可能使系統(tǒng)陷入另一種以大型藻類為主的狀態(tài)。

圖源：Ecology (2023). DOI: 10.1002/ecy.4006

自20世紀(jì)80年代末以來，加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員一直在研究法屬波利尼西亞莫雷島周圍的珊瑚及其珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)。之前的研究表明，熱帶珊瑚礁可以容納以珊瑚或海藻為主的群落。這些不同的狀態(tài)對小擾動有彈性，但大的沖擊會使生態(tài)系統(tǒng)在一個稱為滯后的過程中從一個翻轉(zhuǎn)到另一個。一旦發(fā)生這種情況，即使條件允許，珊瑚礁也不會恢復(fù)到以前的狀態(tài)。系統(tǒng)已經(jīng)找到了新的平衡。

珊瑚骨架似乎可以保護(hù)年輕的藻類免受草食動物的傷害，否則草食動物會控制它。動物無法進(jìn)入所有的縫隙，因此藻類獲得了傳播的立足點(diǎn)。更重要的是，如果有機(jī)會，藻類可以很快超過珊瑚。

珊瑚礁的形成是一個緩慢的過程，珊瑚的死亡通常通過補(bǔ)充來平衡。新的增長將死去的骨骼融入了更大的珊瑚礁結(jié)構(gòu)中。但珊瑚白化不同，它會同時殺死許多珊瑚，尤其是最古老和最年輕的珊瑚，骨骼最終會因侵蝕而變得脆弱。

如果死去的骨骼阻礙了珊瑚的恢復(fù)，為什么不簡單地把它們移走呢？珊瑚骨骼有很多好處。它們形成了各種動物的棲息地，一些證據(jù)表明，珊瑚礁的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與珊瑚更快的恢復(fù)有關(guān)。

恢復(fù)效果實際上取決于這種結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、物質(zhì)密度、強(qiáng)度和空間布局都會影響珊瑚礁的動力學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

1.Kai L. Kopecky et al, Material legacies can degrade resilience: Structure‐retaining disturbances promote regime shifts on coral reefs, Ecology (2023). DOI: 10.1002/ecy.4006

2.https://phys.org/news/2023-04-moorea-presence-coral-skeletons-reef.html

3.https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/ecy.4006

4.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36808621/

編譯：Daisy

審核：Sara

編輯：Tommy