Восстановление кораллового рифа
Стратегии восстановления коралловых рифов используют естественные и антропогенные процессы для восстановления поврежденных коралловых рифов . [ 1 ] Рифы страдают от ряда естественных и антропогенных причин, и предпринимаются усилия по устранению ущерба и восстановлению рифов. Это включает в себя фрагментацию зрелых кораллов, размещение живых фрагментов на линиях или рамках, уход за фрагментами по мере их восстановления и роста, а также трансплантацию фрагментов в их окончательные положения на рифе, когда они станут достаточно большими.
Фон
[ редактировать ]Коралловые рифы являются важным буфером между сушей и водой и помогают уменьшить ущерб от ураганов и береговую эрозию. [ 2 ] Они обеспечивают занятость, возможности для отдыха и являются основным источником продовольствия для прибрежных сообществ. [ 2 ] По оценкам, 375 миллиардов долларов поступают от экосистемных услуг, предоставляемых коралловыми рифами. ежегодно [ 3 ]
Наиболее распространенными кораллами тропических рифов являются каменные кораллы Scleractinia , которые строят твердые скелеты из карбоната кальция, обеспечивающие защиту и структуру рифа. [ 4 ] [ 5 ] Коралловые полипы имеют мутуалистические отношения с одноклеточными водорослями, называемыми зооксантеллами . Эти водоросли живут в тканях коралловых полипов и обеспечивают коралл энергией посредством фотосинтеза . В свою очередь, коралл обеспечивает зооксантеллам убежище и питательные вещества. [ 4 ]
Половина кораллов в мире с 1970 года исчезла, и всем рифам грозит исчезновение к 2050 году. [ 6 ] Чтобы обеспечить существование коралловых рифов в будущем, исследуются новые методы восстановления их экосистем. Фрагментация — наиболее распространенная стратегия восстановления рифов; часто используется для создания искусственных рифов, таких как коралловые деревья, лесные питомники и стационарные конструкции. [ 7 ]
Угрозы коралловым рифам
[ редактировать ]Некоторые антропогенные виды деятельности, такие как добыча кораллов, донное траление , рытье каналов и взрывная рыбалка, вызывают физическое разрушение коралловых рифов, повреждая твердую структуру кораллов из карбоната кальция.
Другая серьезная угроза коралловым рифам исходит от химической деградации. Загрязнение морской среды солнцезащитными кремами, красками и добычей полезных ископаемых на суше может привести к попаданию химических веществ, токсичных для кораллов, что приводит к их гниению. Заболевания кораллов часто распространены в районах, где кораллы подвергаются стрессу, и в последние десятилетия их серьезность возросла. [ 8 ] Часто в результате загрязнения в экосистемах коралловых рифов может происходить эвтрофикация , ограничивающая питательные вещества кораллов. В связи с изменениями, происходящими на прибрежных землях, такими как вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, покрытие сельскохозяйственных почв и эрозия, в толщу воды попадает гораздо больше отложений. Это известно как отложения , которые могут непосредственно задушить коралл или блокировать ультрафиолетовый свет, эффективно блокируя фотосинтез коралла.
Кроме того, увеличение выбросов CO 2 в результате деятельности человека, такой как сжигание ископаемого топлива, может повлиять на кислотность океанских вод. Закисление океана происходит, когда избыток CO 2 вступает в реакцию с океанской водой и снижает pH. В кислых условиях кораллы не могут производить скелеты из карбоната кальция, а некоторые зооксантеллы не способны выжить. [ 9 ]
Возможно, самая большая угроза коралловым рифам исходит от повышения глобальной температуры. Большинство кораллов могут переносить температуру воды только в диапазоне 4–5 °C. В таких неблагоприятных условиях кораллы могут выбросить зооксантеллы и обесцвечиться. Поскольку океанские воды нагреваются за пределами допустимого диапазона температур, кораллы умирают. [ 10 ] Одно исследование Большого Барьерного рифа показало, что уровень смертности на рифе составляет 50% после сильной жары с повышением температуры на 3–4 ° C. [ 11 ] Из-за событий обесцвечивания, подобных этому, поврежденные кораллы продолжают умирать после этого события из-за повышенной восприимчивости к болезням. Для восстановления рифа требуются десятилетия после событий обесцвечивания, а медленно растущие кораллы подвергаются огромному стрессу. [ 11 ] Повышение глобальной температуры является следствием выброса большого количества парниковых газов в атмосферу . Исследование показало, что около 655 миллионов человек живут вблизи коралловых рифов, что составляет 91% населения мира, которое является частью развитых стран, таких как Соединенные Штаты Америки, Ближний Восток и Китай. То же исследование также показало, что из 655 миллионов человек 75% населения, живущего в непосредственной близости от коралловых рифов, происходят из бедных развивающихся стран, и хотя эти низкоразвитые страны зависят от экосистемы коралловых рифов, они вносят лишь небольшую долю выбросов парниковых газов. Статистика выбросов показала, что развитые страны производят примерно в 11 раз больше выбросов парниковых газов, чем бедные развивающиеся страны. [ 12 ]
Методы распространения
[ редактировать ]Морская база
[ редактировать ]
Процесс выращивания коралловых полипов для восстановления рифов во всем мире известен как коралловое садоводство. Выращивание небольших фрагментов кораллов путем бесполого размножения до тех пор, пока они не станут полностью зрелыми, является фундаментальной техникой кораллового садоводства, причем двумя основными используемыми методами являются океанские или наземные питомники.
Коралловые рифы восстанавливаются за счет использования океанских и наземных питомников. Океанские питомники включают выращивание фрагментов кораллов под водой, прикрепление их к стальным конструкциям и наблюдение за их ростом в течение 6–12 месяцев, пока они не достигнут зрелости. Когда новые колонии полипов созреют, их можно будет перенести на поврежденные рифы. С другой стороны, наземные питомники выращивают фрагменты кораллов в лабораториях или на фермах, что позволяет ускорить такие процессы, как микрофрагментация. Поскольку большинство кораллов вырастают всего на дюйм в год, для восстановления рифов важны методы более быстрого роста. Кроме того, растущие кораллы на суше защищают их от изменения температуры, хищников и других проблем, которые могут помешать процессу восстановления. [ 14 ] Кроме того, с помощью NOAA было восстановлено более 40 000 коралловых рифов по всему Карибскому региону. [ 15 ]
Фрагментация — это метод, используемый для разделения дикой колонии кораллов на более мелкие фрагменты, и эти более мелкие кусочки выращиваются в дополнительные колонии кораллов. Эти фрагментированные колонии генетически идентичны колонии-хозяину. [ 16 ] До 75% колонии-хозяина можно удалить без негативного влияния на скорость ее роста. [ 17 ] Это позволяет исследователям продвигаться вперед с проектами восстановления с минимальным влиянием, если вообще какое-либо, на темпы роста или выживаемость исходной колонии. Практика фрагментации используется практически во всех стратегиях восстановления кораллов, используемых сегодня. Ниже описаны несколько различных методов выращивания фрагментированных кораллов. [ 17 ]
Фрагментация позволяет увеличить продуктивность примерно в 8 раз по сравнению с исходным кораллом-донором. Степень фрагментации коралла-донора определяется в зависимости от количества места, доступного для прикрепления. [ 17 ] Хотя фрагментация имеет большой потенциал, ее следует избегать при высоком риске заболеваний и ураганов, поскольку это увеличивает потенциальный риск от этих стрессоров. Эта стратегия может быть неоптимальной для некоторых видов, которые менее приспособлены к фрагментации или имеют более медленные темпы роста. [ 17 ]
В питомниках с вертикальной линией фрагменты кораллов привязываются к веревке, подвешенной в воде. Один конец троса прикрепляется к бую, а другой прикрепляется к морскому дну. Кораллы в питомниках этого типа привязаны непосредственно к вертикальной линии в толще воды. [ 18 ]
В подвесных питомниках два питомника с вертикальными линиями располагаются отдельно друг от друга так, чтобы они были параллельны вертикально в толще воды. Затем они соединяются вместе веревкой, привязанной перпендикулярно между ними. Затем к этой веревке прикрепляют коралл, но он частично свисает с лески, поэтому контакт с самой веревкой меньше. Меньший контакт между кораллом и подвесными линиями приводит к снижению частичной смертности кораллов. [ 18 ] Хотя эти конструкции имеют некоторую частичную смертность, исследования показывают высокую выживаемость всего питомника (как в вертикальном, так и в подвешенном состоянии). Выращивание кораллов на линейных конструкциях увеличивает расстояние между колониями кораллов и потенциальными хищниками, донными болезнями, и остается меньше места для конкуренции. Кораллы, выращенные в линейных питомниках, необходимо перемещать в фиксированные субстраты после начального периода роста, тогда как кораллы, размноженные на фиксированных конструкциях, могут расти бесконечно. [ 18 ]
Детские сады с фиксированной конструкцией представляют собой каркасы, прикрепленные к морскому дну. Эти детские комнаты часто изготавливаются из таких материалов, как ПВХ, пластиковая сетка и шлакоблоки. [ 19 ]
Вероятно, нет различий в темпах роста кораллов, выращиваемых горизонтально в стационарных питомниках, и кораллов, выращиваемых вертикально в линейных питомниках. [ 1 ] Хотя приживаемость этих питомников ниже, чем у линейных питомников. Исследование 2008 года показало, что в питомниках со стационарной структурой выживаемость составляет 43%, а в линейных питомниках - 100%. [ 18 ] Первоначальная смертность в питомниках со стационарной структурой также, вероятно, зависит от времени года, в которое пересаживаются кораллы. Важно ограничить факторы стресса, которым подвергаются вновь привитые кораллы. [ 1 ]
«Коралловое дерево» — это первый в своем роде питомник, в котором кораллы полностью подвешены в толще воды. [ 20 ] Низкая стоимость и доступность материалов для создания этих коралловых деревьев делают их идеальным методом размножения. [ 20 ] Эти питомники менее подвержены повреждению от воздействия волн, здесь меньше взаимодействия между донными хищниками и болезнями, а также снижается риск запутывания других морских обитателей (по сравнению с линейными питомниками). Поскольку эти питомники закреплены только в одном месте, воздействие на морское дно минимально, они портативны и легко транспортируются одним человеком, а также их можно легко отрегулировать, если глубина является проблемой. [ 20 ]
Наземный
[ редактировать ]
Наземные питомники кораллов позволяют кораллам вырасти до разумных размеров перед высадкой. Резервуары, наполненные циркулирующей морской водой, служат искусственным местом для роста саженцев кораллов. [ 21 ] Подобно питомникам растений , питомник кораллов обеспечивает защиту от штормов, хищников и других стрессовых факторов по мере их роста. Это также место для селекции устойчивых генотипов . Методы выращивания кораллов на суше могут включать половое и бесполое размножение кораллов. При совместном использовании образцы кораллов можно вырастить с более высокой устойчивостью к стрессорам и более высокими темпами роста. [ 22 ]
Бесполое размножение кораллов
[ редактировать ]Кораллы способны размножаться бесполым путем, когда один полип отпочковывается, образуя другой клональный полип. Техника, называемая микрофрагментацией, была разработана доктором Дэвидом Воаном в 2006 году и использует способность коралла клонировать себя для производства кораллов. [ 23 ] Микрофрагментация — это процесс создания небольших (> 1 см) кусочков живого коралла из родительской колонии кораллов. [ 21 ] Эти кусочки затем прикрепляются к керамической или цементной основе, называемой пробкой, и помещаются в наземные резервуары-питомники. [ 21 ]
Массивные кораллы, образующие рифы, являются основными видами, используемыми в этом методе, поскольку они ускоряют скорость их роста. Вместо того, чтобы ждать десятилетиями, пока коралл вырастет до крупных размеров, нужны месяцы, чтобы увидеть жизнеспособный экземпляр. [ 24 ] Это связано с быстрой реакцией заживления кораллов. В ходе микрофрагментации на месте разрыва колонии образуются израненные края. Они быстро заживают, расширяя свои размеры радиально наружу, колонизируя свои пробки и, в конечном итоге, места высадки в океане. Слияние нескольких фрагментов одного и того же генотипа может привести к увеличению площади кораллового покрова. [ 24 ]
Половое размножение кораллов
[ редактировать ]Кораллы размножаются половым путем путем нереста. Личинки кораллов образуются в толще воды в результате оплодотворения взвешенных пучков гамет . [ 21 ] В наземном питомнике контроль над тем, какие экземпляры размножаются, может позволить обеспечить селекцию более устойчивых кораллов.
Наличие коралловых гамет в дикой природе сильно зависит от факторов окружающей среды. Исследования показали, что большая часть нереста происходит в одно и то же время вечера и зависит от лунных циклов. [ 21 ] В недавних работах была предпринята попытка вызвать нерест кораллов в детской среде, имитируя эти меры контроля окружающей среды.
Стратегии восстановления
[ редактировать ]Восстановление кораллов происходит уже более 40 лет. [ 21 ] При определении того, какая стратегия восстановления лучше всего подходит для данного места, важно сравнивать и противопоставлять все методы. [ 18 ] Эффективность стратегии может зависеть от среды обитания, в которой находится питомник, условий окружающей среды, того, как условия изменяются ежегодно, и структуры выбранного питомника. [ 18 ]
Коралловое садоводство с целью восстановления рифов в любом масштабе может оказаться неспособным спасти истощенные виды. Вместо этого следует использовать стратегии восстановления, чтобы способствовать естественному восстановлению при восстановлении более крупного генетического пула видов кораллов. Это позволяет кораллам размножаться половым путем и со временем восстанавливаться естественным путем. Коралловое садоводство и размножение кораллов важны, поскольку фрагменту коралла гораздо легче выжить, чем кораллу на ранней стадии жизни утвердиться в среде рифов. [ 19 ]
Создание хранилищ кораллов может помочь в реинтродукции видов после вымирания кораллов. Эти хранилища не только служат методом восстановления, но и могут значительно расширить генетический фонд изолированных популяций кораллов. [ 25 ] Улучшая эти генетические пулы, мы можем ожидать более высоких показателей выживаемости кораллов в будущем. [ 19 ] использовался Одно исследование показало, что питомник Acropora cervicornis в качестве хранилища после того, как произошло экстремальное затопление, уничтожившее примерно 43% популяции в этом районе. Повторная интродукция кораллов из этих хранилищ вернула в популяцию кораллов здоровые коралловые ткани, что способствовало естественному воспроизводству. [ 25 ]
Эти методы следует использовать одновременно с такими методами, как управление водосборами, устойчивое рыболовство и создание морских охраняемых территорий . Коралловое садоводство также дает косвенные выгоды, такие как быстрое создание новой среды обитания для рыб и беспозвоночных на истощенных рифах. Эти методы восстановления рифов также открывают возможности для гражданской науки , вовлекая сообщество в восстановление и сохранение кораллов. [ 19 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Друри, Кроуфорд; Пэрис, Клэр Б .; Курафалу, Василики Х.; Лирман, Диего (05 апреля 2018 г.). «Способность к расселению и генетическое родство Acropora cervicornis на рифовом участке Флориды» . Коралловые рифы . 37 (2): 585–596. Бибкод : 2018CorRe..37..585D . дои : 10.1007/s00338-018-1683-0 . ISSN 0722-4028 . S2CID 253816402 .
- ^ Jump up to: а б «Экосистемы коралловых рифов | Национальное управление океанических и атмосферных исследований» . www.noaa.gov . Проверено 18 марта 2021 г.
- ^ «Мы верим в коралловые рифы» . Альянс коралловых рифов . Проверено 17 ноября 2022 г.
- ^ Jump up to: а б «Коралловые рифы и кораллы | Смитсоновский океан» . Ocean.si.edu . 30 апреля 2018 года . Проверено 19 марта 2021 г.
- ^ Стэнли, Джордж Д. (1 февраля 2003 г.). «Эволюция современных кораллов и их ранняя история» . Обзоры наук о Земле . 60 (3): 195–225. Бибкод : 2003ESRv...60..195S . дои : 10.1016/S0012-8252(02)00104-6 . ISSN 0012-8252 .
- ^ «Отчет за 2020 год – GCRMN» . Проверено 17 ноября 2022 г.
- ^ Магистр наук, Эми Уилсон (18 сентября 2018 г.). «Микрофрагментация: прорыв [ sic ] в восстановлении коралловых рифов» . Середина . Проверено 01 марта 2023 г.
- ^ Пейдж, Калифорния; Бейкер, Д.М.; Харвелл, CD; Голбуу, Ю; Раймундо, Л; Нил, С.Дж.; Роселл, КБ; Рипиен, КЛ; Андрас, JP; Уиллис, БЛ (16 ноября 2009 г.). «Влияние морских заповедников на распространенность болезней кораллов» . Болезни водных организмов . 87 (1–2): 135–150. дои : 10.3354/dao02112 . ISSN 0177-5103 . ПМИД 20095248 .
- ^ Энтони, КРН; Кляйн, Д.И.; Диас-Пулидо, Г.; Голубь, С.; Хоэ-Гульдберг, О. (11 ноября 2008 г.). «Закисление океана приводит к обесцвечиванию и снижению продуктивности строителей коралловых рифов» . Труды Национальной академии наук . 105 (45): 17442–17446. Бибкод : 2008PNAS..10517442A . дои : 10.1073/pnas.0804478105 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2580748 . ПМИД 18988740 .
- ^ Шепф, Верена; Стат, Майкл; Фальтер, Джеймс Л.; Маккалок, Малкольм Т. (02 декабря 2015 г.). «Пределы термической толерантности кораллов, адаптированных к сильно меняющейся, естественно, экстремальной температурной среде» . Научные отчеты . 5 (1): 17639. Бибкод : 2015NatSR...517639S . дои : 10.1038/srep17639 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 4667274 . ПМИД 26627576 .
- ^ Jump up to: а б Хьюз, Терри П.; Керри, Джеймс Т.; Бэрд, Эндрю Х.; Коннолли, Шон Р.; Дитцель, Андреас; Икин, К. Марк; Херон, Скотт Ф.; Хоуи, Эндрю С.; Хугенбум, Миа О.; Лю, Банда; Маквильям, Майкл Дж. (2018). «Глобальное потепление трансформирует комплексы коралловых рифов» . Природа . 556 (7702): 492–496. Бибкод : 2018Natur.556..492H . дои : 10.1038/s41586-018-0041-2 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 29670282 . S2CID 4931103 .
- ^ Доннер, Саймон Д.; Потере, Дэвид (01 марта 2007 г.). «Несправедливость глобальной угрозы коралловым рифам» . Бионаука . 57 (3): 214–215. дои : 10.1641/b570302 . ISSN 1525-3244 . S2CID 84200257 .
- ^ Горгониевые полипы. Снято в рифовом аквариуме аквариумиста Майка Джианграссо. , 03 августа 2006 г. , получено 1 марта 2023 г.
- ^ «Как коралловое садоводство спасает рифы» . Наука . Проверено 01 марта 2023 г.
- ^ Рыболовство, НОАА (27 сентября 2021 г.). «Восстановление коралловых рифов | Рыболовство NOAA» . НОАА . Проверено 01 марта 2023 г.
- ^ «Традиционная фрагментация | Устойчивость рифов» . Проверено 7 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д Лор, Ке; Бехарано, С; Лирман, Д; Шопмейер, С; Манфрино, К. (29 апреля 2015 г.). «Оптимизация продуктивности кораллового питомника, ориентированного на кораллы-оленероги Acropora cervicornis» . Исследования исчезающих видов . 27 (3): 243–250. дои : 10.3354/esr00667 . hdl : 1834/32632 . ISSN 1863-5407 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Гёрген, Элизабет А.; Острофф, Закари; Гиллиам, Дэвид С. (2018). «Генотип и техника прикрепления влияют на рост и выживание линейных кораллов-питомников» . Реставрационная экология . 26 (4): 622–628. дои : 10.1111/rec.12545 . S2CID 90639031 .
- ^ Jump up to: а б с д Лирман, Диего; Шопмейер, Стефани (20 октября 2016 г.). «Экологические решения проблемы деградации рифов: оптимизация восстановления коралловых рифов в Карибском бассейне и Западной Атлантике» . ПерДж . 4 : е2597. дои : 10.7717/peerj.2597 . ISSN 2167-8359 . ПМК 5075686 . ПМИД 27781176 .
- ^ Jump up to: а б с Кеннет, Недимейер (2011). «Питомник коралловых деревьев: инновационный подход к выращиванию кораллов в полевом питомнике на берегу океана». Аакл Биофлюкс . S2CID 130379671 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж «Воган, Д. (2021). Активное восстановление кораллов: методы меняющейся планеты» .
- ^ Форсман, Зак Х.; Пейдж, Кристофер А.; Тунен, Роберт Дж.; Воган, Дэвид (20 октября 2015 г.). «Выращивание кораллов больше и быстрее: слияние микроколоний как стратегия ускорения роста кораллового покрова» . ПерДж . 3 : е1313. дои : 10.7717/peerj.1313 . ISSN 2167-8359 . ПМЦ 4614846 . ПМИД 26500822 .
- ^ Морен, Ричард (23 ноября 2014 г.). «Спасительная трансплантация коралловых рифов» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 22 ноября 2022 г.
- ^ Jump up to: а б Пейдж, Кристофер А.; Мюллер, Эринн М.; Воган, Дэвид Э. (2018). «Микрофрагментация для успешного восстановления медленно растущих массивных кораллов» . Экологическая инженерия . 123 : 86–94. дои : 10.1016/j.ecoleng.2018.08.017 . ISSN 0925-8574 . S2CID 106389447 .
- ^ Jump up to: а б Шопмейер, Стефани А.; Лирман, Диего; Бартельс, Эрих; Бирн, Джеймс; Гиллиам, Дэвид С.; Хант, Джон; Джонсон, Миган Э.; Ларсон, Элизабет А.; Максвелл, Керри; Недимайер, Кен; Уолтер, Кори (2012). «Коралловые питомники in Situ служат генетическими хранилищами для восстановления коралловых рифов после экстремального явления холодной воды» . Реставрационная экология . 20 (6): 696–703. дои : 10.1111/j.1526-100X.2011.00836.x . S2CID 32470321 .
