Wetenschappers doen er doorgaans alles aan om alle factoren op één na constant te houden bij het uitvoeren van een experiment. Wetenschappers op het gebied van global change kunnen een koraal verplaatsen van een rif naar een aquarium waarvan het water 1°C hoger wordt gehouden om de effecten van de voor het einde van de eeuw voorspelde opwarming van de oceaan te testen. Of ze kunnen de pH van het water met 0,4 eenheden verlagen om de effecten van oceaanverzuring te bestuderen.

Maar een nieuw overzichtsartikel presenteert bewijs dat pleit voor een meer genuanceerde benadering van het ontwerp van deze experimenten - een die de variabiliteit die inherent is aan de natuur erkent en doelbewust incorporeert.

Het artikel, in het laatste nummer van Huidige rapporten over klimaatverandering , richt zich op studies die onderzoeken hoe de opwarming en verzuring van de oceaan koralen en verkalkte algen kunnen beïnvloeden. Hoofdauteur Emily Rivest van William &Mary's Virginia Institute of Marine Science zegt dat de bevindingen waarschijnlijk ook van toepassing zijn op andere fundamentele rifsoorten zoals oesters.

"Het bereik van pH en temperatuur dat sommige organismen dagelijks ervaren, overtreft de veranderingen die we tegen het einde van de eeuw in de wereldwijde oceaan verwachten, " merkt Rivest op, een assistent-professor bij VIMS. "Maar we weten niet echt hoe deze variabiliteit hun fysiologie en hun vermogen om te reageren op toekomstige veranderingen beïnvloedt. De artikelen die we hebben beoordeeld, suggereren dat deze variabiliteit belangrijk is, en we moeten het opnemen in onze experimenten."

Inderdaad, er is een groeiende consensus dat de mate van variabiliteit in temperatuur en pH waarmee een organisme in zijn huidige omgeving wordt geconfronteerd, waarschijnlijk zijn reactie op toekomstige opwarming en verzuring zal beïnvloeden. Bijvoorbeeld, een koraal dat groeit in een lagune in het achterrif - waarvan het beperkte water elke middag drastisch kan opwarmen onder de brandende zon - is mogelijk minder vatbaar voor langdurige opwarming dan een koraal dat in het meer open groeit, gematigde wateren van het rifgezicht. Hetzelfde kan gelden voor hele soorten of populaties van aan warmte aangepaste koralen.

In hun krant Rivest en co-auteurs Steeve Comeau en Christopher Cornwall van de University of Western Australia hebben bijna 100 onderzoeken beoordeeld over hoe voorspelde veranderingen in de pH of temperatuur van de oceaan de koraalgroei kunnen beïnvloeden. Maar uit hun beoordeling bleek dat slechts een "handvol" van de onderzoeken deze factoren doelbewust had gevarieerd, of onderzocht het belang van natuurlijke variabiliteit voor de prestaties van riforganismen.

De experimenten met variabiliteit vielen in twee categorieën uiteen. "Eén type waren studies waarbij je koralen verzamelt van een site met een hoge variabiliteit en een site met een lage variabiliteit en ziet hoe ze het doen onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden, ", zegt Rivest. "Als de variabiliteit belangrijk is bij het vormgeven van hun reactie op veranderingen in het milieu, dan zal hun reactie afhangen van de site waar ze vandaan komen."

Het tweede type "bekeek de variabiliteit binnen laboratoriumbehandelingen - koralen naar het laboratorium brengen en ze onder constante of variabele omstandigheden grootbrengen, hen vervolgens extra stress te bezorgen en te kijken of de variabiliteit die ze in het laboratorium hebben ervaren hun reactie op die stress beïnvloedt."

Rivest en haar collega's ontdekten dat het opnemen van variabiliteit in het ontwerp van een experiment dubbelzinnige en intrigerende resultaten opleverde.

"Koralen uit habitats met meer temperatuurvariabiliteit vertonen over het algemeen een grotere thermotolerantie, " zegt Rivest, "maar de effecten van eerdere pH-variabiliteit zijn minder duidelijk." Anderzijds, ze zegt, "Bij laboratoriumonderzoek pH-variabiliteit beperkte vaak de effecten van oceaanverzuring, maar de effecten van temperatuurvariabiliteit op reacties op opwarming waren dubbelzinnig."

klinknagel, Kom, en Cornwall zeggen dat hun bevindingen aanvullend onderzoek rechtvaardigen. "We willen dat ons artikel het begin markeert van een nieuw tijdperk in onderzoeken naar de invloed van klimaatverandering op grondsoorten, ", zegt Rivest. "We moeten de huidige omgeving van een dier echt als uitgangspunt nemen voor hoe het in de toekomst zal reageren - we willen dat dit een punt van discussie wordt in ons vakgebied, voor hoe we experimenten moeten ontwerpen en over deze vragen moeten nadenken in de toekomst."

Het team zegt dat hun bevindingen ook kunnen leiden tot praktische toepassingen. "Als we beter weten hoe omgevingsvariabiliteit van invloed is op het vermogen van dieren om toekomstige veranderingen in het milieu te tolereren, dan kunnen we erover nadenken in een restauratie- en conserveringscontext, ", zegt Rivest. "Bijvoorbeeld, als je je richt op een rif voor restauratie, we zouden een trainingsprogramma voor koralen kunnen starten waar je ze in het laboratorium onder variabele omstandigheden kweekt, zodat ze klaar zijn om goed te presteren in de rifomgeving." Deze aanpak wordt al toegepast bij het Hawai'i Institute of Marine Biology, het Australische Instituut voor Mariene Wetenschappen, en andere onderzoekslaboratoria wereldwijd.

Rivest leidde een van de veldstudies die zijn opgenomen in het recente overzichtsartikel - waarin ze koralen uit de warme wateren van Frans-Polynesië vergeleek met de koelere wateren van Taiwan - en heeft nu plannen om dat onderzoek uit te breiden naar verschillende dieren en wateren in de buurt van haar nieuwe huis aan de Amerikaanse oostkust. Ze trad in 2016 toe tot de faculteit van het Virginia Institute of Marine Science in Gloucester Point.

"Ik denk aan oesters als de koralen van Chesapeake Bay, " zegt Rivest. "Ze bieden vergelijkbare voordelen doordat ze een driedimensionale habitat creëren die andere soorten ondersteunt. En de variabiliteit in pH en temperatuur in de baai is nog dramatischer dan we in veel koraalriffen zien. Dus ik ben van plan om hier hetzelfde soort vragen te stellen. Er is veel dat we kunnen leren over hoe oesters zullen reageren op toekomstige veranderingen in het milieu, gewoon door de natuurlijke omgevingsgradiënten te onderzoeken waarmee ze nu in de baai worden geconfronteerd."

Ze is ook van plan om een ​​reeks laboratoriumonderzoeken te starten. "Ik heb nog niet de mogelijkheid gehad om de variabiliteit van temperatuur en pH in het laboratorium gemakkelijk te manipuleren, " zegt Rivest, "maar het aquariumsysteem dat ik hier aan het bouwen ben, zal me dat toelaten." Ze bouwt het systeem in het Seawater Research Lab van VIMS, een van de grootste faciliteiten in zijn soort in de natie.