Toen professor Jon Witman van Brown University dit jaar terugkeerde naar een klein stukje koraal bij de Galápagos-eilanden dat hij voor het eerst had gemarkeerd voor studie in 2000, hij zag vrijwel niets - en dat zei hem veel. Een onderwaterecosysteem dat 16 jaar geleden wemelde van divers leven, was nu een dorre plek, een schijnbaar slachtoffer van steeds sterkere El Niño-weersystemen te midden van wereldwijde klimaatverandering.

"De El Niño 2015-16 was uitzonderlijk sterk, "Zei Witman. "Klimatologen voorspellen dat de frequentie van sterke El Niño's zal toenemen met de klimaatverandering."

Dit jaar, met financiering van de National Science Foundation, Witman heeft verschillende expedities gemaakt met afgestudeerde en niet-gegradueerde studenten om getuige te zijn van de effecten van de nieuwste El Niño. Hij reisde in januari naar de Galápagos, Maart en nog eens afgelopen zomer, en hij is er nu weer tot februari op sabbatical. Hij vierde Thanksgiving met afgestudeerde student Robert Lamb en collega's van het Charles Darwin Research Station met een vakantiemaaltijd van ahi-tonijn, maïsbrood, pompoensoep en gebakken zoete aardappel.

Het is een druk jaar geweest.

"Tijdens het afgelopen jaar veldwerk in Galápagos, er waren zoveel verrassingen dat we bijna niet alle effecten van de sterke El Niño konden bijhouden, ' zei Witman.

Te midden van het warmste water aan het begin van het jaar, bijvoorbeeld, Lamb ontdekte het ontstaan ​​van een huidverslindende ziekte bij de rifvissen die hij bestudeert.

"We waren verrast toen we ontdekten dat deze nieuwe natuurziekte hoogtij viert in ten minste 20 verschillende soorten, " zei Lamb. "Dergelijke uitbraken van ziekten zijn een van de minst begrepen maar potentieel verwoestende manifestaties van klimaatverandering."

De ziekte nam later in het jaar af toen het koelere La Niña het overnam van El Niño. Maar andere veranderingen in verband met het warme water waren duidelijk, ook:ongebreidelde begrazing van algen door zee-egels, bijvoorbeeld, en de onheilspellende opkomst van matten van cyanobacteriën.

"De cyanobacteriën is een soort die we in al die tijd dat we er werken niet op deze locaties hebben gezien, " zei Fiona Beltram, een bruine junior uit Glocester, RI, die al twee jaar lid is van het Witmanlab. "Ik ben geïnteresseerd in het bepalen of de dekking van de cyanobacteriën leidt tot verbleking in verkalkte algen, die belangrijke basissoorten zijn op de Galápagos-riffen."

Onder de verantwoordelijkheden die aan Beltram zijn toegewezen, die zich deze zomer bij het team in de Galápagos voegde, was om experimenten op te zetten om de cyanobacteriën te bestuderen. Ze hielp ook met het meten van wat er gaande was op ongeveer twee dozijn specifieke gebieden, of "doorsneden, ’ dat Witman al jaren in de gaten houdt.

"Ik ben al sinds mijn kindertijd echt gepassioneerd door mariene wetenschappen, dus het was ongelooflijk spannend om daarheen te reizen en actief bij te dragen aan veldwerk, ' zei Beltram. 'Het is ook gewoon een prachtige plek, vooral onder water."

Een cyclus uit balans

De vraag, Hoewel, is of die mooie plek zal blijven. Door de jaren heen, Witman zei, de El Niño - La Niña-cyclus heeft een patroon opgeleverd dat afwisselend lijkt te vernietigen, maar op andere momenten verzilver je de verbluffende biodiversiteit van het subtidale ecosysteem.

"Koralen verbleken en sterven soms af tijdens de extreme temperatuurschommelingen door de hoge temperaturen tijdens El Niño en de lage temperaturen van de daaropvolgende La Niña, " zei hij. "Maar aangezien La Niña meer productief water brengt, zeepokken reproduceren en vestigen zich op de gestresste koralen en over de hele bodem."

Dat verslechtert de koralen verder, maar de zeepokken dienen als voedsel voor vele andere soorten, het bevorderen van een opleving in het onderzeese leven. Maar hoe meer Witman en zijn team erin duiken - letterlijk en figuurlijk - hoe meer ze zien dat de langetermijntrend zorgwekkend is.

"Met aanhoudende El Niños, het subtidale ecosysteem van de Galápagos verschuift mogelijk naar een systeem met meer zeepokken en hun roofdieren en minder koralen, "zei hij. "Ik maak me zorgen, echter, dat dit een systeem met een lagere diversiteit kan zijn, waardoor het mogelijk minder bestand is tegen toekomstige klimaatschokken."

Wie eet wie?

Tenminste voor nu, de voedselwebben in het gebied blijven vol karakters, die allemaal een te bestuderen rol hebben. Lamb en Witman brachten november door met het formuleren van experimenten om hypothesen te testen over welke soorten algen grazen en hoeveel. Ze zetten kooien in die selectief plantenetende vissen of zee-egels uitsluiten, de twee belangrijkste groepen herbivoren in dit ecosysteem.

"We willen de individuele en gecombineerde ecologische rollen van deze twee belangrijke groepen begrijpen, Lamb zei. "Vanwege hun verschillende levensgeschiedenissen en voedingsstrategieën, ze kunnen enorm verschillen in hoe ze reageren op veranderingen in de omgeving, zoals verhoogde golfturbulentie door stormen die tijdens El Niño worden gegenereerd."

Omdat algen de basis vormen van een groot deel van de productiviteit van een ecosysteem, de antwoorden op deze vragen hebben ingrijpende gevolgen. Te veel algenconsumptie kan de voedselvoorziening voor andere soorten ondermijnen en de biodiversiteit verminderen.

De voedselwebben spelen zich op ingewikkelde manieren af, Witman heeft gevonden, als soorten vechten om te overleven. Zoals het deed voor Darwin, de Galápagos leveren nog steeds veel nieuwe lessen over hoe de natuur werkt - de cruciale rol van trekkervissen, bijvoorbeeld.

"Ons onderzoek heeft ontdekt dat trekkervissen keystone-roofdieren zijn, " Zei Witman. "Ze jagen zwaar op zee-egels en verhogen bijgevolg de productiviteit van het mariene ecosysteem door algen vrij te maken van consumptie door zee-egels. Zee-egels zijn als onderwatergrasmaaiers die bodemalgen maaien; alles wat hun consumptie van algen verandert, heeft een dramatisch effect op de productiviteit. We ontdekten dat Spaanse hogfish de snelheid van predatie van trekkervissen op zee-egels vertraagt ​​door te proberen de egel uit de mond van de trekkervis te halen."

Rond de wereld

Als Witman en zijn studenten heeft hij in de loop der jaren negen studenten opgeleid, zes doctoraatsstudenten en drie postdoctorale wetenschappers alleen al in de Galápagos - blijven samenvatten hoe het subtidale leven verandert met het klimaat op de eilanden, hij werkt ook wereldwijd. Begin december maakte hij een uitstapje, bijvoorbeeld, om een ​​andere van zijn vaste plekken te bekijken:koraalriffen bij Paaseiland, ver voor de kust van Chili.

Als hij thuis is in New England, Witman is vaak te vinden in de Golf van Maine bij Cashes Ledge, het grootste en diepste offshore kelpbos in de Noord-Atlantische Oceaan. Daar, te, klimaatverandering kan een bedreiging vormen voor de biodiversiteit.

"We bestuderen de veerkracht van het kelpbos tegen opwarming, omdat het zo'n ecologisch belangrijke soort is, en ook proberen om permanente bescherming te bereiken voor de spectaculaire mariene gemeenschappen op Cashes Ledge als een U.S. Marine National Monument, ' zei Witman.

Lamb werkt tegelijkertijd om te laten zien hoe de unieke kelpbossen op Cashes Ledge de thuisbasis zijn van enkele van de gezondste populaties kabeljauw en koolvis in de zuidelijke Golf van Maine.

Of het nu in de warme wateren van de Stille Zuidzee is of in de veel koudere Noord-Atlantische Oceaan, het doel is om te begrijpen hoe oceaanecosystemen werken, zodat mensen hen kunnen helpen gedijen in plaats van hun voortbestaan ​​​​te bedreigen.

"Goed beheer van de oceanen vereist inzicht in de rol die belangrijke soorten en biodiversiteit spelen in het functioneren van ecosystemen, ' zei Witman. 'En, natuurlijk, hoe dit wordt veranderd door menselijke verstoring."