Сложные химические взаимоотношения в коралловых сообществах поражают воображение

Химически вредная водоросль Galaxaura filamentosa была помещена в контакт с живым кораллом (Porites cylindrica) на восемь дней, чтобы оценить, увеличивает ли конкуренция с кораллом производство токсичных антикоралловых соединений. (Фото: Дуглас Рашер)

Химическая война на коралловых рифах: подавление конкурента повышает восприимчивость к хищнику

Конкуренция может иметь высокую цену, по крайней мере, для одного вида тропических морских водорослей.

Исследователи, изучающие химическую войну, происходящую на коралловых рифах Фиджи, обнаружили, что один вид водорослей увеличивает производство вредных антикоралловых соединений при контакте с кораллами, строящими рифы. Но по мере химической конкуренции с кораллами водоросли растут медленнее и становятся более привлекательными для травоядных рыб, которые увеличивают потребление водорослей на 80 процентов.

Это, по-видимому, первая демонстрация того, что морские водоросли могут усилить свою химическую защиту в ответ на конкуренцию с кораллами. Однако, чтобы определить, являются ли такие реакции обычными или редкими, необходимо провести дополнительные исследования с более широким спектром морских водорослей и кораллов.

Исследование, спонсированное Национальным научным фондом и Национальными институтами здоровья, было опубликовано 8 января 2014 года в журнале Proceedings of the Royal Society B .

“Важным выводом является то, что конкуренция между кораллами и морскими водорослями может вызвать резкие изменения в физиологии морских водорослей, как в плане их роста, так и в плане защиты”, – сказал Дуглас Рашер, который во время проведения исследования был аспирантом Технологического института Джорджии. “Эти изменения потенциально имеют каскадный эффект для всего остального рифового сообщества”.

Рашер, который сейчас является постдокторским научным сотрудником в Морском центре Дарлинга при Университете штата Мэн, проводил исследование в сотрудничестве с Марком Хэем, профессором биологического факультета Технологического института Джорджии. Хэй и Рашер использовали коралловые рифы в качестве полевых лабораторий, изучая химическую сигнализацию, которая происходит во время конкуренции между кораллами и водорослями, и оценивая, как травоядные рыбы влияют на взаимодействие – и долгосрочное здоровье рифов.

“Ранее мы обнаружили, что химическая война довольно распространена среди морских водорослей и кораллов, и что несколько видов морских водорослей особенно вредны для кораллов”, – сказал Рашер. “В данном исследовании мы изучили степень динамики аллелопатии морских водорослей – химической войны – и то, как она меняется в ответ на конкуренцию, а также то, изменяет ли конкуренция эффективность других защитных средств морских водорослей, используемых против травоядных”.

Полученные результаты могут также опровергнуть популярное представление о том, что растения не могут быстро и стратегически меняться в ответ на окружающую среду.

“Мы склонны думать, что растения фиксированы в своем поведении”, – говорит Хэй. “На самом деле, такие растения, как эти морские водоросли, постоянно оценивают окружающую среду, изменяя биохимически то, что они делают, конкурируя с кораллами. Эти водоросли каким-то образом чувствуют происходящее и реагируют соответствующим образом. Они могут казаться пассивными, но на самом деле это хитрые химические убийцы коралловых рифов”.

Для этого исследования Рашер и Хэй выбрали два вида морских водорослей: один (Galaxaura filamentosa), известный своей токсичностью для кораллов, и другой (Sargassum polycystum), который не наносит химического вреда кораллам. Они раздробили фрагменты обычного коралла Porites cylindrica, склеили их в цементные конусы и поместили на стеллаж на рифе, расположенном в мелководном океане у островов Фиджи. Фрагментам позволили расти на стеллажах в течение двух лет.

В начале эксперимента исследователи взяли половину образцов кораллов и погрузили их в отбеливатель, чтобы убить живые организмы, оставив только скелеты из карбоната кальция. Эти скелеты служили контрольной группой для последующих экспериментов.

Исследователи собрали образцы обоих видов морских водорослей и разделили каждый образец на две части. Одна половина каждого образца была отнесена к группе лечения, а другая – к контрольной группе. Обрабатываемая группа была помещена в контакт с живыми кораллами, а контрольная группа – со скелетами кораллов.

Затем морским водорослям дали возможность взаимодействовать с кораллами и коралловыми скелетами в течение восьми дней. После этого часть каждого образца была удалена, из них были извлечены химические соединения и помещены в небольшие гелевые полоски, которые затем были приклеены к другим живым кораллам для оценки токсичности соединений. Исследователи повторили эксперимент, поместив целые морские водоросли в контакт с кораллами, чтобы определить, проявляют ли растения тот же эффект.

“Мы увидели, что Galaxaura, химически богатая морская водоросль и вид, который, как мы знали, является аллелопатическим, при контакте с живым кораллом усилила свои химические свойства – почти в два раза – по сравнению с теми особями, которые контактировали только со скелетами кораллов”, – сказал Рашер.

Ни один из экстрактов саргассума не повредил кораллы”.

Экспериментальная коралловая стойка установлена на мелководном рифе в морском заповеднике Тотуа, Вити-Леву, Фиджи. Стойка использовалась для исследования химической войны между морскими водорослями и кораллами. (Фото: Хантер Хэй)

До этого момента морские водоросли и кораллы были защищены от травоядных рыб. Следующим шагом было размещение образцов водорослей – как тех, которые конкурировали с живыми кораллами, так и тех, которые не конкурировали – на нейлоновых веревках в доступном для рыб месте. Исследователи создали 15 пар таких образцов и разместили их в разных местах рифа.

“Мы увидели, что для неаллегорических водорослей, саргассума, рыбы не делали различий – они потребляли и лечебные, и контрольные водоросли с одинаковой скоростью”, – сказал Рашер. “Но когда рыбам предоставили возможность выбирать между лечебными и контрольными водорослями Galaxaura, они потребляли на 80% больше тех частей водорослей, которые были в контакте с живым кораллом”.

Исследователи не знают всех факторов, которые могли сделать химически вредные водоросли более привлекательными для рыб. Однако те части водорослей, которые конкурировали с кораллами, имели менее эффективную химическую защиту от рыб. Когда исследователи взяли экстракты из лечебных и контрольных водорослей и нанесли их на вкусные виды водорослей, ранее не использовавшиеся в эксперименте, рыбы предпочли водоросли, покрытые экстрактами из частей, которые конкурировали с кораллами, что указывает на то, что конкуренция подорвала химическую защиту водорослей от травоядных.

В будущем исследователи хотят изучить химическую защиту других морских водорослей, чтобы определить, является ли увиденное ими обычным явлением среди тропических морских водорослей, участвующих в химической войне. Пока они не знают, развилась ли химическая защита для конкуренции с кораллами или, возможно, по другой причине, например, для борьбы с вредными микробами.

Тот факт, что кораллы могут заставить морские водоросли повысить уровень антикоралловой защиты, может помочь объяснить, почему коралловые рифы редко восстанавливаются после того, как они начинают сокращаться и в них начинают доминировать морские водоросли. Исследование также демонстрирует важность изучения широких взаимодействий между многочисленными видами в сложных сообществах, таких как коралловые рифы.

“Эти виды взаимодействий показывают механизм, который, как только риф начинает разрушаться, может помочь поддержать этот спад”, – сказал Хэй. “Возможно, здесь есть идеи, которые мы могли бы использовать для лучшего управления и, надеюсь, восстановления некоторых из этих систем”. Мы также надеемся, что полученные нами знания могут распространиться и на другие системы”.

Это исследование было поддержано Национальным научным фондом (NSF) по гранту (OCE-0929119), Национальными институтами здравоохранения (NIH) по гранту (U01-TW007401) и фондом Teasley Endowment в Georgia Tech. Выводы и рекомендации, содержащиеся в данном пресс-релизе, принадлежат авторам и не обязательно отражают официальную позицию NSF или NIH.

Source: reefs.com