Блог

Apr 08, 2023

Фотосинтетическая полезная энергия объясняет вертикальные закономерности биоразнообразия зооксантелловых кораллов

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 20821 (2022) Цитировать эту статью

1188 Доступов

2 цитаты

78 Альтметрика

Подробности о метриках

Биоразнообразие в экосистемах коралловых рифов неоднородно распределено в пространстве и времени, на него обычно влияют биогеографические факторы, территория обитания и частота нарушений. Потенциальная связь между градиентами полезной энергии и структурой биоразнообразия получила мало эмпирического подтверждения в этих экосистемах. Здесь мы проанализировали изменение продуктивности и биоразнообразия в зависимости от градиента глубины в симбиотических коралловых сообществах, члены которых полагаются на энергию, передаваемую фотосинтетическим водорослевыми симбионтами (зооксантеллами). Используя механистическую модель, мы исследовали связь между зависящими от глубины вариациями полезной для фотосинтеза энергии кораллов и градиентами видового разнообразия, сравнивая рифы с контрастирующей прозрачностью воды и характером биоразнообразия в глобальных горячих точках морского биоразнообразия. Модель продуктивности и биоразнообразия объяснила от 64 до 95% изменений видового богатства кораллов, связанных с глубиной, указывая на то, что большая часть изменений видового богатства с глубиной обусловлена ​​изменениями фракционного вклада фотосинтетически фиксированной энергии зооксантелл. Эти результаты предполагают фундаментальную роль доступности солнечной энергии и фотосинтетического производства в объяснении глобальных закономерностей биоразнообразия кораллов и структуры сообществ вдоль градиентов глубины. Соответственно, поддержание оптического качества воды в коралловых рифах имеет основополагающее значение для защиты биоразнообразия кораллов и предотвращения деградации рифов.

Солнечный свет является основным источником энергии практически для всего биохимического производства органического вещества на Земле1. Среди различных факторов, влияющих на первичных производителей как в наземных, так и в водных экосистемах, солнечный свет, пожалуй, является наиболее неоднородным в пространстве и времени, что приводит к значительному воздействию на передачу энергии между трофическими уровнями2,3,4. Вариации в поставках полезной энергии, получаемой в результате первичного производства, играют важную роль в пространственных вариациях видового разнообразия в экологических сообществах, способствуя снижению риска исчезновения видов из-за демографической и экологической стохастичности в высокопродуктивных средах5. Хотя положительная взаимосвязь продуктивности и биоразнообразия преобладает в наземных и водных экосистемах6, остаются серьезные споры по поводу силы связи между этими двумя характеристиками и ее предсказуемости, учитывая наблюдаемые различия в форме взаимосвязи продуктивности и биоразнообразия в некоторых сообществах (например, , положительный, отрицательный, унимодальный и нейтральный)7,8,9,10. Поскольку количество полезной энергии группой организмов в сообществе трудно измерить напрямую, часть этой вариации связана с использованием суррогатов в качестве грубого показателя продуктивности, а также с мешающими эффектами стрессовых факторов окружающей среды, которые обычно более выражены в высокопродуктивных регионах. среды6,7.

Склерактиновые кораллы — это многоклеточные животные со способностью кальцинироваться, ответственные за создание наиболее разнообразной и продуктивной морской экосистемы, от которой люди получают важные социально-экономические выгоды. Экологический и эволюционный успех этих животных в олиготрофных средах, начиная с позднего триаса, объясняется пищевым эндосимбиозом с фотосинтезирующими одноклеточными водорослями (зооксантеллами)11, который наделяет их способностью использовать солнечный свет в качестве основного источника энергии, увеличивая скорость их кальцификации12. . Из-за экспоненциального ослабления солнечного света с глубиной13 вертикальное распределение симбиотических кораллов происходит по крутым градиентам, управляемым светом в небольших пространственных масштабах, в то время как другие лимитирующие ресурсы и физические факторы (например, азот, кислород, температура) изменяются меньше или остаются почти постоянными14 , 15. Как бентосные, сидячие организмы, преобладающие в прибрежных водах, кораллы также подвергаются значительным изменениям интенсивности света в ответ на оптические свойства толщи воды (т.е. коэффициент вертикального ослабления нисходящего излучения, Kd). Эти изменения определяются характером осадков и потоками наземных питательных веществ и отложений в сторону моря13,16, что имеет важные последствия для первичной продукции и энергетического баланса коралловых сообществ3,4. Однако связь между градиентами продуктивности и биоразнообразием коралловых сообществ еще не продемонстрирована, а закономерности биоразнообразия кораллов в первую очередь объясняются биогеографическими факторами, зоной обитания и частотой нарушений10,17,18,19,20,21,22.