Tropische riffen zijn kwetsbare ecosystemen, gevoelig voor een verscheidenheid aan omgevingsomstandigheden en verstoringen, die hun samenstelling kunnen veranderen van levendige koraalriffen tot uitgestrekte velden met zeewier of onvruchtbaar puin.

Nu hebben onderzoekers van UC Santa Barbara vastgesteld dat deze duidelijk verschillende gemeenschappen onder exact dezelfde omstandigheden kunnen voortbestaan. De bevindingen, die verschijnen in de Proceedings van de National Academy of Sciences , zou grote gevolgen kunnen hebben voor ecologie en natuurbehoud wereldwijd.

Macroalgen, gewoonlijk zeewier genoemd, heeft de neiging om koraal op riffen te overtreffen, tenzij het in toom wordt gehouden door herbivoren. Als resultaat, de hoeveelheid herbivoren op een rif is een sterke factor om te bepalen of de locatie een koraalrif of een zeewierveld zal zijn.

"Riften in veel delen van de wereld zijn overgestapt van koralen naar zeewier, en de vraag is wat ervoor zorgt dat het rif gedomineerd wordt door zeewier in plaats van terug te keren naar koraal, " zei professor Sally Holbrook van het Marine Science Institute (MSI) van UC Santa Barbara, een van de co-auteurs van het artikel.

Een mogelijkheid is dat de omgeving is veranderd op een manier die gunstig is voor het zeewier, en dus zelfs als het zeewier zou verdwijnen, de nieuwe omstandigheden zouden niet langer geschikt zijn voor koraal. Maar de onderzoekers wilden bepalen of er misschien een andere verklaring is, een met heel andere implicaties voor het beheer van koraalriffen. Ze onderzochten of een robuuste koraalgemeenschap en een robuuste zeewiergemeenschap zowel konden voorkomen als voortbestaan ​​onder dezelfde omgevingsomstandigheden, namelijk de hoeveelheid herbivoren op het rif.

In experimenten op de door de National Science Foundation gefinancierde Moorea Coral Reef Long Term Ecological Research-site op Moorea, Frans-Polynesië, de groep onderzocht eerst of er een niveau van herbivorie was waarbij zowel koraal als algen op het rif konden blijven bestaan, een bistabiele regio genoemd. En als dit het geval zou zijn, ze wilden bepalen waar dit venster lag in vergelijking met de huidige omstandigheden op het rif.

De onderzoekers verminderden de activiteit van herbivoren tot verschillende niveaus door bepaalde delen van het rif af te sluiten, zodat vissen er niet in konden komen om aan de algen te knabbelen. Ze zetten kooien op ter grootte van een broodrooster, in groepen, op gebieden die aanvankelijk wel of geen zeewier hadden. Elke groep had kooien met verschillende gatengroottes die een gradiënt creëerden van plaatsen die nauwelijks toegankelijk waren voor herbivoren, voor degenen die alle behalve de grootste algeneters huisvestten.

Met deze opstelling kon het onderzoeksteam bepalen welke niveaus van herbivoren ervoor zorgden dat zeewier geen vat kreeg, evenals welke niveaus nodig waren om bestaand zeewier te verwijderen. Ze ontdekten dat de flip niet plaatsvond onder dezelfde omstandigheden in beide richtingen.

"We ontdekten dat er veel meer herbivorie nodig is om zeewier te verwijderen dan om het te voorkomen, " zei hoofdauteur Russ Schmitt, ook met MSI, en een professor in de afdeling Ecologie, Evolutie en mariene biologie. "Dit betekent dat er een hoeveelheid herbivoren is waar de habitat zou kunnen blijven bestaan ​​​​als een koraalrif of als een door zeewier gedomineerd rif, afhankelijk van of de gemeenschap begon als koraal of zeewier. Niets anders hoeft te verschillen."

Omdat het experiment meerdere jaren duurde, het team kon aantonen dat hun resultaten geldig waren voor meerdere generaties zeewier. "Dit is de eerste keer dat een veldexperiment heeft aangetoond dat het mogelijk is voor twee verschillende, aanhoudende gemeenschappen om onder dezelfde omstandigheden op een koraalrif te bestaan, ’ zei Schmitt.

En de resultaten zijn meer dan academisch. "Een reden waarom deze bevinding belangrijk is, is dat het suggereert dat een grote schok voor het rif het van koraal in zeewier kan veranderen zonder enige verandering in de hoeveelheid herbivoren, " zei co-auteur Samantha Davis, de coördinator van de niet-gegradueerde onderzoeksprogramma's bij het Centre for Science and Engineering Partnerships van de universiteit. "En eenmaal omgedraaid, het rif zal dan gedomineerd blijven door zeewier."

MSI-onderzoeker Thomas Adam, een andere co-auteur van het artikel, gaat akkoord. "De omslag is moeilijk om te keren, omdat alleen een zeer grote verstoring ervoor kan zorgen dat het rif terugkeert naar koraal, " zei hij. "Ons tweede veldexperiment testte dit idee."

Het idee is dat als de omstandigheden in deze bistabiele regio waren, dan moet de gemeenschap na een kleine schok terugkeren naar de vorige staat. Een grote schok, anderzijds, het paradigma zou veranderen waaronder het systeem werkte, het naar een andere compositie sturen, waar het dan zou blijven.

Het team simuleerde een gebeurtenis zoals een cycloon door algen van kleine stukjes van het lagunerif te schrobben, een sectie die ze hadden vastgesteld was in dit overlappende gebied van stabiliteit. En het rif gedroeg zich precies zoals het model voorspelde. Ongerepte gebieden bleven in hun oorspronkelijke staat van zeewier, terwijl matig verstoorde gebieden terugkeerden naar zeewiervelden en dat jarenlang zo bleven. Echter, riffen die onderhevig waren aan een meer drastische verstoring veranderden in een zeewiervrije staat, waardoor koraal kon vasthouden. Behalve de verschillende verstoringen aan het begin van het experiment, de omgevingsomstandigheden waren op alle locaties gelijk.

Deze dynamiek biedt twee uitdagingen voor het behoud. Eerst, het toont aan dat het herstellen van een veranderd systeem in zijn vorige staat - zoals het rehabiliteren van een met zeewier bedekte lagune tot een bloeiend koraalrif - moeilijker is dan het simpelweg in zijn oorspronkelijke staat houden van een gemeenschap. Tweede, het suggereert dat zelfs een schijnbaar gezond ecosysteem kwetsbaar kan zijn voor dramatische verschuivingen in zijn gemeenschap. Zonder de omstandigheden op het rif te veranderen, een schok die groot genoeg is voor het systeem kan een ecosysteem in een andere staat verschuiven, waar het dan vast blijft zitten.

Gelukkig, de methodologie van de studie zelf biedt een krachtig hulpmiddel om te bepalen hoe kwetsbaar een ecosysteem kan zijn voor het overschakelen van de ene staat naar de andere, en om te beoordelen hoe moeilijk het kan zijn om een ​​dergelijke omschakeling ongedaan te maken. "De methoden die we hebben ontwikkeld, bieden een routekaart om te beoordelen waar een ecosysteem op een omgevingsgradiënt ligt - in ons geval verschillende niveaus van herbivoren - in relatie tot een omslagpunt waar het ecosysteem van de ene persistente toestand naar de andere kan omslaan, " zei MSI-projectwetenschapper Andrew Brooks, ook een co-auteur. Het stelt hen ook in staat om te bepalen of dit omslagpunt in een gebied van bi-stabiliteit ligt.

"Koraalriffen glippen weg, " zei Dan Thornhill, een National Science Foundation programmadirecteur voor ecologisch onderzoek op lange termijn. "We zien een wereldwijde verschuiving van levendige ecosystemen van koraalriffen naar zeewiervelden. Maar deze wetenschappers laten zien dat onder de juiste omstandigheden, riffen kunnen terugveren van verstoring."