Почему вымирают коралловые рифы и как с этим бороться?

Живой город. Как родственники медуз образуют «горячие точки» биоразнообразия

Наверное, любой человек хотя бы отдаленно представляет, как выглядит коралловый риф. Но «инопланетный лес», между ветвями которого снуют яркие рыбки, таит в себе куда больше, чем принято думать. Чтобы понять, зачем рифы нужны океану и что угрожает им в наши дни, стоит сначала разобраться, что такое коралл.

Итак, коралловые полипы — это представители класса антозой (Anthozoa) из типа стрекающих (Cnidaria). Последнее означает, что кораллы являются близкими родичами, например, медуз и морских анемонов. Однако в отличие от них некоторые кораллы имеют крепкий экзоскелет из карбоната кальция. Такие виды называют твердыми, или рифостроящими, в отличие от мягких, не имеющих наружной «брони». Внутри такого «домика» находятся полипы, собственно, и представляющие собой тело организма.

Большую часть энергии рифостроящие кораллы получают за счет одноклеточных водорослей-симбионтов (Symbiodinium), живущих в их мягких тканях. Симбиодиниумы получают защиту, взамен предоставляя хозяевам право пользоваться продуктами их фотосинтеза.

Это очень важная черта рифостроящих кораллов, и к ней мы еще обязательно вернемся.

«Классические» тропические рифы весьма требовательны к условиям окружающей среды. Им необходимы температура около 26–27 °С, прозрачная вода, не распресненная впадающими в море реками или атмосферными осадками, а также достаточное количество света, чтобы водоросли могли фотосинтезировать. Последнее ограничивает распространение кораллов в глубину — большинство видов не способно существовать ниже 50 метров. Конечно, есть и исключения — отдельные виды, не имеющие зооксантелл, растут даже на глубинах около 300 метров в прибрежных водах Норвегии, — но большинство видов всё же не может выжить в темноте.

Из-за своей избирательности рифы занимают всего 0,1% от площади океанов — но, несмотря на это, являются одними из важнейших экосистем в мире. Здесь встречается около 25% всей существующей океанской фауны — от морских звезд до акул. Это красочные оазисы в голубой морской пустыне. Они приносят пользу и людям — здесь нерестятся и нагуливаются рыбы, которых мы едим, погружаются с аквалангом туристы, внося свой вклад в ВВП прибрежных стран, а сами рифы заслоняют берега от разрушительной стихии — ураганов и цунами. Однако в последние годы эти скромные инженеры океана внезапно оказались на грани исчезновения. А вместе с ними рискует коллапсировать и вся сложная мозаика океанских экосистем.

Моя любовь сменила цвет: как жара превращает крепкий симбиоз в токсичные отношения

Представьте себе мертвый город. Облупившаяся краска на стенах домов. Пустые улицы, некогда полные людей, а теперь полностью заброшенные. Место, которое навсегда покинула жизнь. Именно такую картину ученые стали практически одновременно наблюдать на коралловых рифах по всему миру в 1980-х годах. Первым и самым главным симптомом, сразу бросающимся в глаза, было полное отсутствие ярких цветов на пораженных участках: некогда цветастые кораллы будто постирали с хлоркой. Белые «скелеты», между которыми растерянно сновали беззащитные рыбы, простирались на многие километры. Явление получило простое, но емкое название — coral bleaching, то есть обесцвечивание.

На то, чтобы разгадать загадку в первом приближении, не потребовалось много времени. Помните симбиодиниумы — те самые водоросли, что заселяются в ткани полипа в обмен на продукты собственного фотосинтеза? Они предоставляют кораллам не только еду: яркая окраска последних — тоже следствие сожительства с микроскопическими симбионтами. Однако при повышении среднегодовой температуры воды в межвидовых отношениях начинает происходить разлад. Коралл выставляет водоросли «за дверь» собственного дома, становясь белым как мел. Некоторое время он еще способен жить сам по себе — впрочем, недолго. За миллионы лет совместной жизни рифостроящие кораллы, как правило, утратили стрекательные клетки, необходимые для самостоятельной ловли добычи. Оставшись без водоросли-кормилицы, такой «бытовой инвалид» обречен на голодную смерть. Более того, развитие многих патогенов — например, бактерии Vibrio shiloi, поражающей полипы вида Oculina patagonica, — тоже ускоряется с повышением температуры, добивая и без того не оправившиеся от «расставания» рифы. И, как нетрудно догадаться, главную роль тут сыграло уже набившее всем оскомину глобальное потепление.

Выявить клеточные механизмы, ответственные за процесс обесцвечивания, оказалось куда сложнее. Из всех предложенных версий наиболее убедительной стал так называемый окислительный стресс. Лабораторные исследования показали, что высокие температуры нарушали работу ферментов, участвующих в фотосинтетическом цикле. Это не только делало фотосинтез менее эффективным, но и вызывало накопление в клетке так называемых АФК — активных форм кислорода. Под этим словосочетанием скрываются ионы кислорода (атомы кислорода с электрическим зарядом), молекулы перекисей (например, Н₂О₂) и свободные радикалы (частицы, имеющие один или несколько неспаренных электронов на внешней электронной оболочке).

Водоросли, работа чьих фотосинтетических систем нарушалась жарой, начинали активно вырабатывать эти самые активные формы кислорода, а затем выделять в окружающую среду, то есть в ткани приютившего их коралла. Полипы, шокированные внезапной токсичностью со стороны симбионтов, были вынуждены выставить их «за дверь», тем самым загоняя себя в ловушку и обрекая на голодную смерть.

Конечно, отмечены случаи, когда водоросли, «подумав над своим поведением», снова заселяли ткани обесцвеченного коралла — но это скорее редкость, чем норма. Ученые сходятся в том, что пускать ситуацию на самотек нельзя — без помощи со стороны человека большинство рифов очень скоро исчезнут.

Надежда на спасение пришла из Эйлатского залива Красного моря. Несмотря на то что среднегодовые температуры там повышаются так же стремительно, как и везде, никто не видел случаев обесцвечивания на тамошних рифах. Озадаченные ученые решили протестировать термостойкие кораллы в лаборатории, и результаты оказались ошеломительными — полипы не погибли даже при температуре на четыре градуса выше нормальной! Более того, при экстремальной жаре эти «суперкораллы» чувствовали себя лучше, чем обычно! Считается, что это следствие сложной эволюционной истории: колонизируя Красное море с юга на север, полипы приспособились как к более холодным, так и к более жарким условиям.

Учитывая, что к концу ХХI века мировые температуры поднимутся на два-три градуса, вполне возможно, что где-то к 2100 году красноморские рифы станут последними выжившими «бастионами». Но дело не только в этом: если ученым удастся понять, как именно водоросли избегают окислительного стресса, возможно, удастся «познакомить» их с подверженными обесцвечиванию кораллами в других уголках мира. Другой вариант — создание трансгенных симбионтов, сочетающих в себе стойкость красноморских видов с лучшими свойствами водорослей из других регионов. Впрочем, до этого еще далеко: пока что мир нагревается, а специалисты, неравнодушные люди и жители рифов с волнением следят, как распадаются самые важные отношения в океане.

Ядовитый крем от загара, звезды-пожиратели и растворение в кислоте: что еще угрожает рифам в наши дни?

Хотя обесцвечивание — достаточно серьезная проблема, это не единственное, что угрожает рифам. Снижение биоразнообразия, накопление углекислого газа в атмосфере и химическое загрязнение тоже вносят свою лепту в убийство важнейших экосистем Земли. Какие-то из этих проблем более локальны, другие более глобальны, но во всех так и иначе виноваты люди.

Взять хотя бы терновых венцов (Acanthaster planci) — крупных морских звезд, обитающих на рифах Индопацифики. Эти иглокожие, похожие на утыканную ядовитыми колючками сковородку, — главные естественные враги рифостроящих кораллов. Один венец может уничтожить до 13 м² рифа в год. Из-за малой питательности и токсичных колючек, укол которых опасен даже для человека, самих звезд не ест практически никто. Единственный гурман — это крупный моллюск харония (Charonia tritonis). К сожалению, харониям не повезло иметь крупные красивые раковины, некогда высоко ценившиеся у коллекционеров и туристов. Из-за бесконтрольного вылова в прошлом веке моллюски оказались на грани вымирания, чем немедленно воспользовались терновые венцы. Они принялись бесконтрольно плодиться, нанося огромный урон сотням рифов — пострадал даже знаменитый Большой Барьерный у берегов Австралии. Чтобы обуздать произошедший морской звездец, хароний в большинстве стран взяли под охрану. А австралийские дайверы приняли за правило брать с собой в погружения шприцы со смертельным для венцов формалином. Даже Квинслендский технологический университет не остался в стороне и разработал особого подводного дрона со шприцом под названием COTSBot (от английского названия венцов Crown-of-thorns Starfish). Встроенная в него нейросеть распознает звезд на фоне рифа, после чего робот делает им смертельную инъекцию. Однако полностью сдержать венцов всё еще не удалось: разрушить связи внутри экосистемы всегда проще, чем восстановить.

Может быть интересно

«Черный яд». Как разливы нефти убивают окружающую среду

Другой пример, когда рифам вредит спрос на их обитателей, — это вылов морских аквариумных рыбок.

Около 95% видов, востребованных в морской аквариумистике, не размножаются в неволе: их добывают местные жители в прибрежных странах Юго-Восточной Азии.

Методы такой рыбалки, как правило, совершенно варварские. Например, широко используется цианид натрия, вводящий рыб в состояние оцепенения. Многие отравленные особи — особенно не востребованных у покупателей видов — остаются на дне и умирают от отказа печени. Отсутствие рыб может пагубно сказаться на полипах: например, если убрать с рифа некоторые растительноядные виды, то из-под контроля выйдут водоросли, обрастающие кораллы и перекрывающие им доступ к свету.

Другие практики воздействуют на риф напрямую. Это, например, глушение рыбы динамитом и так называемая муро-ами (обширная площадь рифа покрывается сетями, а затем бомбардируется камнями, чтобы вспугнуть рыб). К счастью, во многих регионах эти губительные методы давно запрещены, но из-за крайней бедности рыбацких сообществ браконьеры продолжают использовать их, уничтожая рифы, которые поддерживают их же существование.

Химическое загрязнение тоже вносит лепту в вымирание кораллов. Каждый вид отходов влияет на рифы по-своему: например, загрязнение биогенными элементами, такими как азот и фосфор, вызывает цветение планктона, который «душит» район рифа, забирая из воды весь доступный кислород. Канализационные стоки, которые в прибрежных городах нередко выводят в море, негативно влияют на иммунитет полипов, из-за чего кораллы становятся уязвимыми перед грибковыми и бактериальными заболеваниями. Пестициды с полей, выносимые в море реками, могут негативно влиять на размножение и рост полипов.

Что интересно, одним из самых опасных загрязнителей является… крем от загара!

Считается, что в воде у коралловых рифов ежегодно оказывается 14 000 тонн этого загрязнителя, смытого волнами с тел туристов. Согласно исследованиям, оксибензон, один из обычных компонентов кремов для загара, повреждает ДНК в клетках кораллов и убивает симбиотические водоросли, приводя всё к тому же обесцвечиванию. Более того, под ударом оказываются и свободноплавающие личинки полипов: в лабораторных экспериментах оксибензон нарушал у будущих кораллов формирование карбонатного экзоскелета. В некоторых туристических регионах, зависящих от коралловых рифов, например на Палау, средства с оксибензоном в составе официально запрещены к ввозу в страну.

Наконец, есть еще одна вещь, о которой стоит поговорить. Она тоже связана с глобальным потеплением, но не с температурными эффектами как таковыми, а с самим накоплением углекислого газа в атмосфере. Я говорю о так называемом закислении океанов.

Кто помнит школьный курс химии, тот знает, что такое рН, или водородный показатель. Это мера кислотности водного раствора — чем pH ниже, тем более кислым этот самый раствор является. Когда углекислый газ из атмосферы попадает в океан, он формирует H₂CO₃ — слабую кислоту, так называемую угольную, распадающуюся в воде на ионы НСО₃— и Н+. Присутствие последних и снижает pH. А вот тут надо вспомнить, что экзоскелет кораллов сделан из карбоната кальция — СаСО₃. Избыточные ионы водорода забирают карбонат-ион из этого соединения, тем самым буквально растворяя рифы заживо. И не только их: закисленный океан уничтожает, скажем, раковины моллюсков и фораминифер. Деградируют даже зубы и чешуя акул, состоящие из того же злосчастного карбоната.

Последний шанс: есть ли у нас возможность спасти кораллы от вымирания?

Глупо отрицать, что кораллы приносят нам огромную пользу. Тем не менее будущее рифов по всему миру остается туманным. Ученые, энтузиасты и жители сообществ, зависящих от рифов, делают всё возможное для сохранения этих удивительных экосистем. Так, я уже упоминал о планах по созданию трансгенных кораллов, устойчивых к повышенной температуре воды. Некоторые организации пошли другим путем — они выращивают «суперкораллы» из фрагментов диких полипов на специальных подводных фермах. После этого «детский сад» пересаживают на деградировавшие рифы, тем самым помогая им восстанавливаться. Так работает, например, проект CORAL GARDENERS, базирующийся во Французской Полинезии. Кстати, благодаря им можно внести вклад в сохранение рифов из любой точки мира. За небольшую сумму вы получите сертификат об опеке над одним из юных «суперкораллов» и даже сможете выбрать ему имя.

В повседневной же жизни для сохранения рифов достаточно просто соблюдать базовые экологические правила — пытаться уменьшить выбросы углекислого газа, по возможности сортировать мусор, выбирать товары без лишних пластиковых упаковок…

И, конечно, помните про крем от загара, если отправляетесь на отдых в тропики. Возможно, маленькие ежедневные действия помогут сохранить для будущих поколений одну из самых важных и потрясающе красивых экосистем за всю историю Земли.

Карл у Клары украл кораллы. Что убивает рифы и как люди пытаются это остановить