Вчені з університету Санта-Барбари у Каліфорнії нещодавно встановили, що пурпурні морські їжаки володіють вмінням надзвичайно швидкого пристосування до змін зовнішніх умов, яке проявляється вже у першому поколінні нащадків.
Цей відкриття може мати значнив вплив на розуміння глобальних процесів, якізараз відбуваються на планеті.
Як людство змінює океан
Для того, щоб зрозуміти значення нового дослідження, треба почати з дещо іншого. Коли мова йде про кліматичні зміни на Землі, то серед інших наслідків називають також підняття рівня світового океану. Нас, звичайно, найбільше цікавить доля прибережних частин суходолу, де компактно проживають мільйони людей.
Однак у піднятті рівня Світового океану є ще один негативний аспект: надзвичайно багате видове різноманіття прибережної зони, зокрема коралові рифи, пристосовані жити у досить вузькому діапазоні освітленості, температури, насиченості киснем та поживними речовинами. Простіше кажучи, ці види пристосовани до життя лише на певній глибині.
Коли з природних чи антропогенних причин відбуваються різкі зміни рівня світового океану, їхні наслідки можна відслідкувати по кораловим рифам через тисячі років після того, як вони відбулися. Зокрема, у 2017 році дослідники вивчили два мікроатоли біля берегів індонезійського острова Белітунг.
Відмітини рівня океану на мікроатолах
Мікроатоли є зручним об’єктом для вивчення рівня Світового океану. Подібно до того, як дерево росте таким чином, що на його зрізі видно річні кільця, мікроатол росте від центру, поступово утворюючи все ширше кільце. І нові шари на цьому кільці формуються на певній глибині, яка визначається рівнем моря. Саме на цій глибині у певний проміжок часу живуть та помирають корали.
Дослідження мікроатолів показало, що у період між 6 850 і 6 500 р. рівень Яванського моря, у якому знаходиться острів Белітунг, принаймні двічі зростав на 60 сантиметрів та знову знижувався. Чим це було викликано на сьогодні залишається загадкою. Власне, саме дослідження було проведено для того, щоб зрозуміти, наскільки ж різкими можуть бути природні коливання рівня світового океану і якими процесами вони можуть супроводжуватися.
Не так давно вчені могли говорити лише про природні зміни клімату, тривалість яких сягала тисяч та десятків тисяч років. Тепер же, ми можемо стверджувати, що у природі глобальні кліматичні зміни можуть відбуватися за роки та десятиліття. І це особливо важливо з огляду на те, що за прогнозами вчених до кінця 21 століття рівень світового океану може збільшитися на величину від 60 до 120 сантиметрів.
Що змінює склад морської води
Основну небезпеку для мешканців океану представляє не зміна його рівня, а зміна концентрації розчинених у воді речовин. Вплив людини на неї має складний характер, але він переважно пов’язаний з викидами діоксиду вуглецю. Цей газ, викиди якого зараз намагаються усіляко обмежити, має меншу за кисень прозорість в інфрачервоному спектрі. Через це він поглинає більше енергії, розігріваючи атмосферу. Це призводить до збільшення випаровування з поверхні океану, а водяна пара також є парниковим газом.
Водночас, продовжують танути льодовики. Крига має значний коефіцієнт віддзеркалення сонячних променів, тож Антарктида та Гренландія відбивають чималу кількість енергії Сонця. Коли їхня площа починає зменшуватися, то загальна кількість променевої енергії, що її поглинає Земля, зростає. У свою чергу, велика кількість талої води, що надходить до океану, знижує його солоність.
30% вуглекислого газу, яка потрапляє до атмосфери завдяки людству, поглинається океаном, однак це не покращує ситацію, оскільки це призводить до зниження рН, тобто зростає кислотність води. Але найбільшу загрозу несе зменшення розчиненого у воді кисню. Кисень краще розчиняється у холодній воді, аніж у теплій, тож у багатьох місцях, де температура води значно зросла за останні десятиліття, спостерігається утворення безкисневих зон.
Задушливий океан
Дослідження безкисневих зон розлого висвітлюється у статті 2016 року у журналі Pacific Standard. У ній автори, спираючись на численні свідоцтва, повідомляють про появу таких зон біля західного узбережжя Північної Америки та на атлантичному узбережжі Африки. Також вони припускають, що деякі глобальні вимирання виднів у минулому, які у морях були більш масштабними, ніж на суходолі, були викликані саме зміною складу розчинених у морській воді речовин.
Про те, що ця проблема не була вигадана вченими, а є такою, що безпосередньо стосується мільйонів людей у всьому світі, також яскраво свідчить той факт, що першими на неї звернули увагу рибалки на узбережжі Каліфорнії. На початку 2000-х років вони почали помічати, що краби у їхніх пастках усе частіше виявляються вже мертвими через брак кисню.
І хоча брак кисню залишається найбільшою загрозою для прибережних екосистем, зміна кислотності води також дається взнаки. Людство продовжує дуже сильно залежати від тієї їжі, яку воно отримує з океану. Переважно, це достатньо велика риба, яка не одразу відчує наслідки зміни складу води. Але для того, аби набирати вагу, цим рибам також треба чимось харчуватися.
Одним із найважливіших харчових ресурсів для риби є морські равлики або птероподи. І ось нещодавно було помічено, що ці безхребетні почали масово гинути. Дослідження, проведене Національним агентством атмосферних та океанічних досліджень США показало, що причиною цього явища стало ураження черепашок морських равликів водою з низьким рівнем рН.
Звичайно, якби зміни кислотності відбувалися впродовж тисяч років, еволюційний механізм зміг би винайти рішення для равликів. Але, на превеликий жаль, зміни кислотності води відбуваються за значно коротші проміжки часу. Тому присутність на нашому столі морської риби у недалекому майбутньому цілком може залежати від того, чи вистачить равликам часу на еволюцію.
Чи встигне еволюція?
Донедавна вчені припускали, що еволюція просто не може настільки швидко знаходити рішення проблем, і за таких катастрофічних змін усе закінчується руйнацією харчових ланцюжків та масовим вимиранням. Аж ось з’являється дослідження про морських їжаків. Ці створіння живуть у тому ж середовищі, де і птероподи – у прибережній зоні. І так само страждають від підвищення кислотності води.
У новому дослідженні вчені взяли кількох морських їжаків та помістили їх на чотири з половиною місяці у два баки з водою. У першому контейнері підтримувався нормальний рівень рН, а у другому – занижений. У морських їжаків були відібрані статеві клітини, після чого яйця самиць з обох баків були запліднені статевими клітинами одного й того ж самця, що жив у звичайних умовах.
Після цього зародки морських їжаків, що почали розвиватися в умовах підвищеної кислотності води, були ретельно досліджені. Виходячи зі звичайних уявлень про генетику, вони не мали б сильно відрізнятися один від одного. Проте дослідження показали, що зародки, які утворилися з яєць самиць, що жили у стресових умовах, виявилися стійкішими та більш пристосованими до нових умов.
kitkat39/Youtube
Дослідники пояснюють це дією епігенетичних факторів. Експресія певних генівпротягом життя самиць могла вплинути на їхні яйця, що фактично означає, що їхній розвиток “підштовхнули” у бік кращої адаптації до нових умов. А це може означати, що й інші види морських істот здатні адаптуватися до змін складу морської води, а продовольча криза може виявитися не такою гострою.
Нове розуміння зв’язків у природі
Проведені дослідження підштовхують нас до нового розуміння того, як влаштований зв’язок між біосферою та кліматом. Раніше вчені мали змогу лише констатувати те, що протягом мільйонів років клімат Землі міг зазнавати різких змін, які певним чином впливали на воду у світовому океані, а морські організми мали реагувати на це.
Тепер же ми підійшли до того, щоб зрозуміти конкретні механізми цих змін. Чи призводять короткочасні події, такі як виверження вулканів та локальні температурні максимуми до настільки сильних змін клімату, що вони знижують чисельність тих чи інших видів, а то й руйнують наявні харчові ланцюжки? Які абіотичні та біотичні механізми дозволяють системі, баланс якої був порушений усього за кілька років, у максимально короткі терміни повернутися до норми?
Цікаві питання виникають і щодо зв’язку еволюції та екології. Наявні на сьогодні теорії не можуть відповісти на питання, як триматиме себе певна екосистема в умовах стрімких короткочасних змін. Традиційно, такі системи розглядають у більш-менш сталих умовах, коли усі зміни середовища відносно повільні, і у видів є час еволюціонувати, утворити нові екологічні ніші та вибудувати харчові ланцюжки.
Катастрофа чи еволюція?
Для глобальних же змін клімату заведено розглядати катастрофічний сценарій, коли загибель нижчих харчових ланок викликає загибель верхніх, і ніщо не може зупинити цей процес. Від багатих екосистем залишаються лише окремі види, після чого відбувається “вибух” видоутворення, та складається геть нова екосистема.
Однак дослідження мікроатолів та морських їжаків вказують на те, що у природі може існувати й більш стрімкий механізм адаптації екосистем, який дозволяє їм переживати короткочасні зміни клімату. Цілком можливо, що екосистеми є значно пластичнішими, ніж ми вважали, і здатні пристосовуватися до катастрофічних змін одного фактору без повної заміни всіх видів.
Усі ці питання ми тільки починаємо ставити, і на них нам мають допомогти знайти відповідь нові дослідження. Людина залишається залежною від глобальних процесів, які відбуваються на Землі, та частиною яких вона є. І єдиний спосіб не стати безпорадним спостерігачем цих процесів – зрозуміти їхню природу.
Molecular Biology (2018), doi: 10.1111/mec.14503; Nature Communications (2017), doi: 10.1038/ncomms14387; Pasific Standart; Proceedings of the Royal Society (2014), doi: 10.1098/rspb.2014.0123.
