АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Восстановление коралловых рифов

Восстановление коралловых рифов — это стратегии, использующие как природные, так и антропогенные процессы для восстановления повреждённых коралловых рифов. Рифы страдают от различных природных и антропогенных воздействий, и предпринимаются усилия по устранению ущерба и восстановлению рифов. Это включает фрагментацию зрелых кораллов, размещение живых фрагментов на линиях или каркасах, выращивание этих фрагментов до восстановления и роста, а затем пересадку их на постоянное место на рифе, когда они достигают достаточного размера. Эти стратегии реализуются в различных формах, как с использованием морских, так и наземных методов. Кроме того, существуют как половые, так и бесполые способы восстановления. Применение этих методов вызывает опасения, связанные с риском появления потенциально инвазивных видов, которые могут негативно повлиять на биоразнообразие экосистемы.

Предпосылки

Более 25 % всей морской жизни обитает в экосистемах коралловых рифов по всему миру[1]. Коралловые рифы служат важным буфером между сушей и морем, способствуя снижению ущерба от штормов и береговой эрозии[2]. Они обеспечивают рабочие места, возможности для отдыха и являются важным источником пищи для прибрежных сообществ[2]. Туризм, связанный с рифами, является одним из основных факторов экономической активности в прибрежных регионах по всему миру[1]. Кроме того, рифы выступают значительным углеродным поглотителем и играют важную роль в секвестрации углерода[3]. Коралловые рифы также обеспечивают население пищей и рабочими местами[3]. По оценкам, ежегодно коралловые рифы обеспечивают экосистемные услуги на сумму 375 миллиардов долларов[4]. Коралловые рифы в США обеспечивают почти 3,6 миллиарда долларов экономического вклада страны. В мировом масштабе коралловые рифы обеспечивают около 9,9 триллиона долларов экономического вклада ежегодно за счёт экосистемных услуг[1].

Наиболее распространёнными кораллами в тропических рифах являются каменистые кораллы (Scleractinia), которые формируют твёрдые скелеты из карбоната кальция, обеспечивая защиту и структуру рифа[5][6]. Коралловые полипы находятся во взаимовыгодных отношениях с одноклеточными водорослями, называемыми зооксантеллами. Эти водоросли живут в тканях коралловых полипов и обеспечивают кораллы энергией посредством фотосинтеза. В свою очередь, кораллы предоставляют зооксантеллам убежище и питательные вещества[5].

undefined

С 1970 года исчезла половина кораллов мира, и все рифы находятся под угрозой исчезновения к 2050 году[7]. Для обеспечения существования коралловых рифов в будущем разрабатываются новые методы восстановления их экосистем. Фрагментация является наиболее распространённой стратегией восстановления рифов; она часто используется для создания искусственных рифов, таких как коралловые деревья, линейные питомники и фиксированные конструкции[8].

Угрозы коралловым рифам

Некоторые антропогенные виды деятельности, такие как добыча кораллов, донный тралинг, рытьё каналов и взрывной лов рыбы, вызывают физическое разрушение коралловых рифов, повреждая их твёрдую кальциевую структуру.

Ещё одной серьёзной угрозой для коралловых рифов является химическое загрязнение. Морское загрязнение от солнцезащитных средств, красок и добычи полезных ископаемых на суше может привести к попаданию в воду токсичных для кораллов веществ, вызывая их гибель. Болезни кораллов часто распространены в районах, где кораллы испытывают стресс, и их распространённость увеличилась за последние десятилетия[9]. Часто в результате загрязнения в экосистемах коралловых рифов возникает эвтрофикация, ограничивающая поступление питательных веществ к кораллам. Изменения на прибрежных территориях, такие как вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, обработка и эрозия почвы, приводят к увеличению количества осадков, попадающих в водную среду. Это называется нагрузка осадками, которая может непосредственно засыпать кораллы или блокировать ультрафиолетовый свет, препятствуя фотосинтезу кораллов.

undefined

Кроме того, увеличение выбросов CO2 в результате деятельности человека, такой как сжигание ископаемого топлива, влияет на кислотность океанских вод. Океаническое закисление происходит, когда избыток CO2 реагирует с морской водой и понижает pH. В кислых условиях кораллы не могут формировать свои кальциевые скелеты, а некоторые зооксантеллы не способны выжить[11].

Возможно, самой серьёзной угрозой для коралловых рифов является повышение глобальных температур. Большинство кораллов способны переносить лишь диапазон температур воды в 5°C. В неблагоприятных условиях кораллы могут изгонять своих зооксантелл и подвергаться отбеливанию. По мере того как температура океанских вод превышает допустимый диапазон, кораллы погибают. В одном исследовании Большого Барьерного рифа было установлено, что после экстремальной жары с повышением температуры на 4°C уровень смертности рифа составил 50 %[12]. Из-за подобных событий отбеливания повреждённые кораллы продолжают погибать после события из-за повышенной восприимчивости к болезням, восстановление рифа занимает десятилетия, а медленнорастущие кораллы испытывают значительный стресс[12]. Повышение глобальной температуры связано с выбросами больших объёмов парниковых газов в атмосферу. Согласно исследованию, около 655 миллионов человек живут вблизи коралловых рифов, что составляет 91 % населения мира, относящегося к развитым странам, таким как США, Ближний Восток и Китай. То же исследование показало, что из этих 655 миллионов человек 75 % проживают в слаборазвитых странах, и, несмотря на то что эти страны зависят от экосистемы коралловых рифов, они вносят лишь незначительный вклад в выбросы парниковых газов. Статистика выбросов показывает, что развитые страны производят примерно в 11 раз больше парниковых газов, чем бедные развивающиеся страны[13].

Методы размножения

Морские методы

undefined

Процесс выращивания коралловых полипов для содействия восстановлению рифов по всему миру называется «коралловым садоводством». Основная техника кораллового садоводства заключается в выращивании небольших фрагментов кораллов путём бесполого размножения до их полного созревания, при этом используются морские или наземные питомники.

Восстановление коралловых рифов осуществляется с помощью морских и наземных питомников. Морские питомники предполагают выращивание фрагментов кораллов под водой, их прикрепление к стальным конструкциям и наблюдение за ростом в течение 6–12 месяцев до достижения зрелости. После созревания новые колонии полипов могут быть пересажены на повреждённые рифы. Наземные питомники, напротив, выращивают фрагменты кораллов в лабораториях или на фермах, что позволяет использовать более быстрые методы, такие как микро-фрагментация. Поскольку большинство кораллов растёт всего около одного дюйма в год, более быстрые методы выращивания важны для восстановления рифов. Кроме того, выращивание кораллов на суше защищает их от изменения температуры, хищников и других проблем, которые могут мешать процессу восстановления[15]. Кроме того, при поддержке NOAA было восстановлено более 40 000 коралловых рифов по всему Карибскому региону[16].

Фрагментация — это метод, при котором дикая колония кораллов делится на более мелкие фрагменты, которые затем выращиваются в дополнительные колонии кораллов. Эти фрагментированные колонии генетически идентичны исходной колонии[17]. До 75 % исходной колонии может быть удалено без негативного влияния на её темпы роста. Это позволяет исследователям реализовывать проекты восстановления с минимальным, если вообще с каким-либо, влиянием на темпы роста или выживаемость исходной колонии. Практики фрагментации используются практически во всех современных стратегиях восстановления кораллов. Ниже приведены различные методы выращивания фрагментированных кораллов.

Фрагментация позволяет увеличить продуктивность примерно в 8 раз по сравнению с исходным донорским кораллом. Объём фрагментации определяется исходя из доступного пространства для прикрепления. Несмотря на высокий потенциал, фрагментации следует избегать при высоком риске заболеваний и штормов, так как это увеличивает потенциальные риски от этих стрессоров. Эта стратегия может быть не оптимальной для некоторых видов, менее приспособленных к фрагментации или имеющих медленные темпы роста.

В вертикальных линейных питомниках фрагменты кораллов привязываются к линии, подвешенной в воде. Один конец линии прикреплён к бую, а другой — к морскому дну. Кораллы в таком питомнике непосредственно связаны с вертикальной линией в толще воды[18].

undefined

В подвесных линейных питомниках две вертикальные линии располагаются параллельно друг другу в толще воды и соединяются между собой верёвкой, натянутой перпендикулярно между ними. Кораллы прикрепляются к этой верёвке, частично свисая с линий, что уменьшает контакт с самой верёвкой. Меньший контакт между кораллом и линиями подвеса снижает частичную смертность кораллов[18]. Хотя такие конструкции имеют некоторую частичную смертность, исследования показывают высокую выживаемость всего питомника (как вертикального, так и подвесного). Выращивание кораллов на линейных конструкциях увеличивает расстояние между колониями кораллов и потенциальными хищниками, донными заболеваниями, а также уменьшает конкуренцию за пространство. Кораллы, выращенные в линейных питомниках, необходимо пересаживать на фиксированные субстраты после начального периода роста, в то время как выращенные на фиксированных конструкциях могут расти неограниченно долго[18].

Питомники с фиксированными конструкциями — это каркасы, прикреплённые к морскому дну. Такие питомники часто изготавливаются из ПВХ, пластиковой сетки и шлакоблоков.

Вероятно, нет различий в темпах роста между кораллами, выращенными горизонтально в фиксированных питомниках, и теми, что выращены вертикально в линейных питомниках. Однако уровень выживаемости в таких питомниках ниже, чем в линейных. В исследовании 2008 года было установлено, что питомники с фиксированными конструкциями имели 43 % выживаемости, тогда как линейные — 100 %[18]. Начальная смертность в фиксированных питомниках также, вероятно, зависит от времени года, когда кораллы пересаживаются. Важно ограничивать стрессовые факторы, которым подвергаются недавно привитые кораллы.

«Коралловое дерево» — это первый тип питомника, в котором коралл полностью подвешен в толще воды[19]. Низкая стоимость и доступность материалов для создания таких деревьев делают их идеальным методом размножения[19]. Эти питомники менее подвержены повреждениям от волн, снижается взаимодействие с донными хищниками и болезнями, а также уменьшается риск запутывания для других морских организмов (по сравнению с линейными питомниками). Поскольку такие питомники закреплены только в одной точке, они минимально воздействуют на морское дно, портативны и легко транспортируются одним человеком, а также могут быть легко отрегулированы по глубине[19].

Наземные методы

Вид на микро-фрагменты кораллов, выращиваемые в широком прямоугольном бассейне на суше, известном как коралловый питомник.

Наземные коралловые питомники позволяют кораллам вырасти до достаточного размера перед высадкой в море. Бассейны с циркулирующей морской водой создают искусственную среду для роста коралловых саженцев[20]. Подобно питомникам растений, коралловый питомник защищает кораллы от штормов, хищников и других стрессоров в процессе роста. Это также место для селективного разведения устойчивых генотипов. Техники выращивания кораллов на суше могут включать как половое, так и бесполое размножение. При совместном использовании этих методов можно получить образцы кораллов с большей устойчивостью к стрессам и быстрыми темпами роста.

Бесполое размножение кораллов

Кораллы способны к бесполому размножению, когда один полип образует почку, из которой развивается клональный полип. В 2006 году доктор Дэвид Вон разработал технику микро-фрагментации, использующую способность кораллов к клонированию для их размножения[21]. Микро-фрагментация — это процесс создания небольших (>1 см) живых фрагментов коралла из материнской колонии[20]. Эти фрагменты затем прикрепляются к керамическому или цементному основанию (плагу) и помещаются в наземные питомники[20].

Массивные рифообразующие кораллы являются основными видами, используемыми в этом методе, поскольку он ускоряет их рост. Вместо того чтобы ждать десятилетия, пока коралл вырастет до значительных размеров, для получения жизнеспособных образцов требуется всего несколько месяцев.[22] В исследовании, проведённом доктором Дэвидом Воном в 2014 году, было зафиксировано, что рост кораллов Orbicella faveolata и Montastraea cavernosa за 2,5 года увеличился в 6,5 и 2 раза соответственно[23]. Такой прирост занял бы десятилетия без использования методов микро-фрагментации[23]. Это связано с быстрой реакцией кораллов на заживление. Во время микро-фрагментации образуются раневые края, которые быстро заживают, расширяясь радиально, колонизируя плаги и будущие места высадки в океане. Слияние нескольких фрагментов одного генотипа может привести к увеличению площади кораллового покрова[22].

Половое размножение кораллов

Кораллы размножаются половым путём через массовый нерест. Личинки кораллов формируются в толще воды в результате оплодотворения взвешенных гаметных сгустков[20]. В наземных питомниках контроль над размножением позволяет осуществлять селекцию более устойчивых кораллов.

Доступность гамет кораллов в природе сильно зависит от экологических факторов. Исследования показали, что большинство нерестов происходит в одно и то же время вечера и зависит от лунных циклов.[20] В последнее время предпринимаются попытки вызвать нерест кораллов в условиях питомника, имитируя эти экологические условия.

Проблемы, связанные с размножением

Восстановление коралловых рифов с помощью методов размножения сопряжено с определёнными рисками. Одна из основных проблем — генетические модификации кораллов могут чрезмерно повлиять на отдельные части экосистемы.[24]. Это может происходить непреднамеренно как при пересадке кораллов с других рифов, так и из питомников, и может наделять отдельные виды признаками, дающими им преимущество в конкуренции с другими видами в экосистеме[24]. Это может привести к появлению инвазивных или экзотических видов, которые могут влиять на другие виды как напрямую, так и косвенно[25]. Прямое воздействие связано с хищничеством или конкуренцией, а косвенные последствия — с распространением болезней[25].

Стратегии восстановления

Восстановление кораллов осуществляется уже более 40 лет[20]. При выборе оптимальной стратегии восстановления для конкретного места важно сравнить все методы[18]. Эффективность стратегии может зависеть от среды обитания питомника, условий окружающей среды, их годовых колебаний и выбранной структуры питомника.[18]

Коралловое садоводство для восстановления рифов, независимо от масштаба, может быть недостаточно для спасения исчезающего вида. Вместо этого стратегии восстановления должны способствовать естественному восстановлению и увеличению генетического разнообразия кораллов. Это позволяет кораллам размножаться половым путём и со временем восстанавливаться естественным образом. Коралловое садоводство и размножение кораллов важны, потому что фрагменту коралла выжить гораздо проще, чем молодым стадиям кораллов в рифовой среде.

Создание репозиториев кораллов может способствовать повторному введению видов после массовой гибели кораллов. Такие репозитории не только способствуют восстановлению, но и значительно увеличивают генетическое разнообразие изолированных популяций кораллов. Усиление этих генетических пулов способствует повышению выживаемости кораллов в будущем. В одном исследовании питомник Acropora cervicornis использовался как репозиторий после экстремального холодового события, уничтожившего примерно 43 % популяции в этом районе. Повторное введение кораллов из этих репозиториев способствовало восстановлению здоровых тканей кораллов в популяции и поддерживало естественное размножение.

Эти практики должны сочетаться с такими мерами, как управление водосборными бассейнами, устойчивое рыболовство и создание морских охраняемых территорий. Коралловое садоводство также даёт косвенные преимущества, такие как быстрое создание новых мест обитания для рыб и беспозвоночных на истощённых рифах. Методы восстановления рифов создают возможности для гражданской науки, вовлекая местное сообщество в восстановление и охрану кораллов.

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 Why coral reefs represent the ultimate climate investment (англ.). World Economic Forum. Дата обращения: 30 апреля 2025. Архивировано 18 апреля 2025 года.
  2. ↑ 1 2 Coral reef ecosystems | National Oceanic and Atmospheric Administration. www.noaa.gov. Дата обращения: 18 марта 2021.
  3. ↑ 1 2 Eddy, Tyler D.; Lam, Vicky W. Y.; Reygondeau, Gabriel; Cisneros-Montemayor, Andrés M.; Greer, Krista; Palomares, Maria Lourdes D.; Bruno, John F.; Ota, Yoshitaka; Cheung, William W. L. (2021-09-17). “Global decline in capacity of coral reefs to provide ecosystem services”. One Earth. 4 (9): 1278—1285. Bibcode:2021OEart...4.1278E. DOI:10.1016/j.oneear.2021.08.016. ISSN 2590-3322.
  4. ↑ We believe in coral reefs. (амер. англ.). Coral Reef Alliance. Дата обращения: 17 ноября 2022.
  5. ↑ 1 2 Coral Reefs and Corals | Smithsonian Ocean (англ.). ocean.si.edu (30 апреля 2018). Дата обращения: 19 марта 2021.
  6. ↑ Stanley, George D. (2003-02-01). “The evolution of modern corals and their early history”. Earth-Science Reviews [англ.]. 60 (3): 195—225. Bibcode:2003ESRv...60..195S. DOI:10.1016/S0012-8252(02)00104-6. ISSN 0012-8252.
  7. ↑ 2020 Report – GCRMN (амер. англ.). Дата обращения: 17 ноября 2022.
  8. ↑ MSc, Amy Wilson Microfragmentation: a breakthough[[[sic]]] for coral reef restoration (англ.). Medium (18 сентября 2018). Дата обращения: 1 марта 2023.
  9. ↑ Page, CA; Baker, DM; Harvell, CD; Golbuu, Y; Raymundo, L; Neale, SJ; Rosell, KB; Rypien, KL; Andras, JP; Willis, BL (2009-11-16). “Influence of marine reserves on coral disease prevalence”. Diseases of Aquatic Organisms. 87 (1—2): 135—150. DOI:10.3354/dao02112. ISSN 0177-5103.
  10. ↑ Kaplan, Matt (2009-10-21). “Bleached corals ruin fish camouflage”. Nature. DOI:10.1038/news.2009.1023. ISSN 0028-0836.
  11. ↑ Anthony, K. R. N.; Kline, D. I.; Diaz-Pulido, G.; Dove, S.; Hoegh-Guldberg, O. (2008-11-11). “Ocean acidification causes bleaching and productivity loss in coral reef builders”. Proceedings of the National Academy of Sciences [англ.]. 105 (45): 17442—17446. Bibcode:2008PNAS..10517442A. DOI:10.1073/pnas.0804478105. ISSN 0027-8424.
  12. ↑ 1 2 Hughes, Terry P.; Kerry, James T.; Baird, Andrew H.; Connolly, Sean R.; Dietzel, Andreas; Eakin, C. Mark; Heron, Scott F.; Hoey, Andrew S.; Hoogenboom, Mia O.; Liu, Gang; McWilliam, Michael J. (2018). “Global warming transforms coral reef assemblages”. Nature [англ.]. 556 (7702): 492—496. Bibcode:2018Natur.556..492H. DOI:10.1038/s41586-018-0041-2. ISSN 0028-0836. PMID 29670282. S2CID 4931103.
  13. ↑ Donner, Simon D.; Potere, David (2007-03-01). “The Inequity of the Global Threat to Coral Reefs”. BioScience. 57 (3): 214—215. DOI:10.1641/b570302. ISSN 1525-3244. S2CID 84200257.
  14. ↑ Gorgonian polyps. Photographed in the reef aquarium of aquarist Mike Giangrasso., 2006-08-03, <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polypen_einer_Gorgonie.jpg>. Проверено 1 марта 2023. 
  15. ↑ How Coral Gardening Is Saving Reefs (англ.). Sciencing (15 апреля 2019). Дата обращения: 1 марта 2023.
  16. ↑ Fisheries, NOAA Restoring Coral Reefs | NOAA Fisheries (англ.). NOAA (27 сентября 2021). Дата обращения: 1 марта 2023.
  17. ↑ Traditional Fragmentation | Reef Resilience (амер. англ.). Дата обращения: 7 апреля 2021.
  18. ↑ 1 2 3 4 5 6 Goergen, Elizabeth A.; Ostroff, Zachary; Gilliam, David S. (2018). “Genotype and attachment technique influence the growth and survival of line nursery corals”. Restoration Ecology [англ.]. 26 (4): 622—628. Bibcode:2018ResEc..26..622G. DOI:10.1111/rec.12545. S2CID 90639031.
  19. ↑ 1 2 3 Kenneth, Nedimeyer (2011). “Coral tree nursery: an innovative approach to growing corals in an ocean-based field nursery”. Aacl Bioflux. S2CID 130379671.
  20. ↑ 1 2 3 4 5 6 Vaughan, D (2021). Active Coral Restoration: techniques for a changing planet.
  21. ↑ Morin, Richard. A Lifesaving Transplant for Coral Reefs (англ.), The New York Times (23 ноября 2014). Дата обращения: 22 ноября 2022.
  22. ↑ 1 2 Page, Christopher A.; Muller, Erinn M.; Vaughan, David E. (2018). “Microfragmenting for the successful restoration of slow growing massive corals”. Ecological Engineering. 123: 86—94. Bibcode:2018EcEng.123...86P. DOI:10.1016/j.ecoleng.2018.08.017. ISSN 0925-8574. S2CID 106389447.
  23. ↑ 1 2 Page, Christopher A.; Muller, Erinn M.; Vaughan, David E. (2018-11-01). “Microfragmenting for the successful restoration of slow growing massive corals”. Ecological Engineering. 123: 86—94. Bibcode:2018EcEng.123...86P. DOI:10.1016/j.ecoleng.2018.08.017. ISSN 0925-8574.
  24. ↑ 1 2 van Oppen, Madeleine J. H.; Oliver, James K.; Putnam, Hollie M.; Gates, Ruth D. (2015-02-24). “Building coral reef resilience through assisted evolution”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (8): 2307—2313. Bibcode:2015PNAS..112.2307V. DOI:10.1073/pnas.1422301112. PMC 4345611. PMID 25646461.
  25. ↑ 1 2 Fisheries, NOAA Invasive and Exotic Marine Species | NOAA Fisheries (англ.). NOAA (25 июля 2024). Дата обращения: 25 февраля 2025.

Категории