Обесцвечивание кораллов

Обесцвечивание кораллов — это процесс потери коралловыми полипами симбиотических микроводорослей (зооксантелл) или разрушения пигментов в их тканях, в результате чего коралл становится белым или бледным. Является стрессовой реакцией организма на неблагоприятные условия окружающей среды, главным образом на повышение температуры воды. При длительном или сильном стрессе обесцвечивание может привести к гибели коралла.

Причины и механизмы

Физиологическая основа

Кораллы находятся в симбиотических отношениях с одноклеточными динофлагеллятами — зооксантеллами (род Symbiodinium). Эти водоросли живут внутри тканей полипов и обеспечивают их до 90 % необходимой энергии за счёт фотосинтеза, а взамен получают защиту и питательные вещества (азот, фосфор). Окраска кораллов в значительной степени обусловлена именно пигментами зооксантелл.

При воздействии стрессового фактора (например, высокой температуры) фотосинтетический аппарат зооксантелл повреждается, и они начинают выделять токсичные активные формы кислорода. В ответ коралловый полип либо изгоняет водоросли из своих клеток, либо теряет их в результате апоптоза (запрограммированной гибели клеток). Визуально это проявляется как обесцвечивание — сквозь прозрачные ткани полипа становится виден белый известковый скелет.

Основные факторы стресса

• Повышение температуры поверхности моря. Наиболее распространённая причина. Повышение температуры всего на 1–2 °C выше среднего летнего максимума в течение нескольких недель способно вызвать массовое обесцвечивание. Глобальное потепление океана увеличивает частоту и интенсивность таких событий.
• Ультрафиолетовое излучение. В сочетании с высокой температурой усиливает фотоокислительный стресс.
• Закисление океана. Снижение pH воды (из-за растворения углекислого газа) затрудняет кальцификацию — процесс построения скелета, что ослабляет кораллы и делает их более уязвимыми.
• Загрязнение воды. Стоки сельскохозяйственных удобрений, пестицидов, нефтепродуктов и бытовых отходов вызывают эвтрофикацию (цветение воды) и токсическое отравление.
• Изменение солёности. Опреснение воды после сильных ливней или, наоборот, повышение солёности в засушливых регионах.
• Механические повреждения. Разрушение рифов якорями, тралами, дайверами, а также ураганы и цунами.

Классификация и стадии

Обесцвечивание классифицируют по степени тяжести и масштабу:

• Лёгкое обесцвечивание. Коралл теряет часть зооксантелл, но сохраняет жизнеспособность. При нормализации условий он может восстановить симбиоз в течение нескольких недель или месяцев.
• Умеренное обесцвечивание. Значительная потеря водорослей, коралл становится почти белым. Рост замедляется, но полипы остаются живыми.
• Тяжёлое обесцвечивание. Полная потеря зооксантелл. Коралл не способен получать энергию от фотосинтеза и выживает за счёт планктона, но это обычно недостаточно. Если стресс продолжается более 8–10 недель, наступает гибель колонии.

В научной литературе также выделяют хроническое обесцвечивание — постепенное ослабление кораллов под действием постоянных стрессоров низкой интенсивности, и острое обесцвечивание — быстрое событие, вызванное резким изменением среды.

Масштабные события и исторические примеры

Массовое обесцвечивание кораллов впервые было зафиксировано в 1980-х годах. С тех пор его частота и площадь поражения неуклонно растут.

• 1998 год. Первое глобальное событие, связанное с мощным Эль-Ниньо. Обесцвечивание затронуло 16 % мировых рифов, особенно сильно пострадали рифы Индийского океана и Карибского бассейна.
• 2014–2017 годы. Третье глобальное событие (после 1998 и 2010 годов), самое продолжительное и разрушительное. По оценкам, затронуло более 75 % рифов планеты. На Большом Барьерном рифе в 2016–2017 годах обесцветилось около 60 % колоний, из которых 30 % погибли.
• 2020–2022 годы. Четвёртое глобальное событие, подтверждённое данными Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA). Обесцвечивание зафиксировано на рифах Австралии, Индонезии, Таиланда, Фиджи, а также в Карибском море.

Последствия

Экологические

• Гибель коралловых рифов. Рифы — одни из самых продуктивных экосистем на Земле. Они занимают менее 0,1 % площади океана, но являются домом для 25 % всех морских видов. Утрата рифов ведёт к коллапсу локальных пищевых цепей.
• Снижение биоразнообразия. Многие виды рыб, беспозвоночных и водорослей зависят от кораллов. После обесцвечивания их численность резко падает.
• Эрозия береговой линии. Коралловые рифы служат естественным волноломом, защищая побережья от штормов и цунами. Их разрушение увеличивает риски для прибрежных поселений.

Социально-экономические

• Потеря рыболовства. Многие прибрежные сообщества зависят от рифового рыболовства. Сокращение уловов приводит к голоду и экономическим потерям.
• Упадок туризма. Коралловые рифы — популярные объекты дайвинга и сноркелинга. Обесцвеченные, мёртвые рифы теряют привлекательность, что бьёт по доходам туристической индустрии.
• Угроза продовольственной безопасности. В некоторых регионах (например, на Мальдивах, в Индонезии, на Филиппинах) рифы обеспечивают до 70 % белка в рационе населения.

Методы восстановления и борьбы

Естественное восстановление

Если стрессовый фактор устраняется достаточно быстро, кораллы могут восстановить симбиоз с зооксантеллами. Однако этот процесс занимает от нескольких месяцев до нескольких лет, и вероятность успеха снижается с каждым последующим обесцвечиванием.

Искусственное восстановление

• Коралловые фермы. Фрагменты устойчивых видов кораллов выращивают в питомниках, а затем пересаживают на повреждённые рифы.
• Трансплантация зооксантелл. Учёные пытаются внедрять в кораллы термоустойчивые штаммы водорослей, чтобы повысить их толерантность к жаре.
• Генетическая селекция. Отбор и размножение кораллов, естественно устойчивых к высоким температурам.

Смягчение глобальных причин

• Сокращение выбросов парниковых газов. Основная долгосрочная мера. Без остановки глобального потепления обесцвечивание будет происходить всё чаще, и рифы не будут успевать восстанавливаться.
• Снижение загрязнения океана. Уменьшение сброса удобрений, сточных вод и пластика.
• Создание морских охраняемых зон. Запрет на рыболовство, дайвинг и судоходство в критических районах снижает дополнительный стресс.

Известные рифы, пострадавшие от обесцвечивания

• Большой Барьерный риф (Австралия). Крупнейшая коралловая экосистема мира. Сильно пострадал в 2016, 2017 и 2020 годах. По оценкам, около 50 % его колоний погибло.
• Мальдивские рифы. В 2016 году обесцвечивание затронуло более 90 % рифов архипелага, многие из которых не восстановились.
• Рифы Карибского бассейна. Особенно сильно пострадали рифы Ямайки, Кубы, Багамских островов. В некоторых районах потеря кораллового покрова превысила 80 %.
• Рифы Индонезии и Филиппин. Центры морского биоразнообразия, где обесцвечивание происходит практически ежегодно с 2010-х годов.

Интересные факты

• Некоторые кораллы могут временно менять цвет на ярко-розовый или фиолетовый перед обесцвечиванием — это так называемый «сигнал бедствия», производимый специальными белками-флуоресцентами, которые защищают ткани от окислительного стресса.
• Кораллы, обитающие в районах с естественно высокой температурой воды (например, в Персидском заливе), обладают более высокой термоустойчивостью и могут служить донорами для генетической селекции.
• Обесцвечивание не всегда ведёт к гибели: некоторые виды, например, Porites и Siderastrea, способны выживать в обесцвеченном состоянии до 6–8 месяцев, питаясь исключительно планктоном.

Источники

• Hughes, T. P., et al. (2017). Global warming and recurrent mass bleaching of corals. Nature, 543(7645), 373–377.
• Hoegh-Guldberg, O. (1999). Climate change, coral bleaching and the future of the world’s coral reefs. Marine and Freshwater Research, 50(8), 839–866.
• Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA). Coral Reef Watch.
• Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC). Специальный доклад об океане и криосфере (2019).
• Baker, A. C. (2003). Flexibility and specificity in coral-algal symbiosis: diversity, ecology, and biogeography of Symbiodinium. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 34, 661–689.