Ужас приходит на когти
На антарктическом шельфе разворачивается драматическое зрелище: инвазивные крабы наводняют уникальную экосистему и уничтожают ее.
Семь человек столпились вокруг ряда телевизионных мониторов в кормовой части научно-исследовательского судна Nathaniel B. Palmer мрачным февральским вечером. Ледокол покачивался примерно в 30 километрах от побережья Антарктиды, с кормы свисал трос толщиной в руку. На другом конце линии, на глубине 1400 метров ниже поверхности континентального шельфа, дистанционно управляемый подводный аппарат (ROV) скользил по морскому дну, исследуя бесплодную серую илистую равнину. Жуткое изображение опустошения, возвращенное камерой, предвещало неудачное открытие.
ROV ранее посетил одиннадцать различных мест на морском дне во время 57-дневного исследовательского рейса вокруг Антарктического полуострова в 2010 году. Каждый раз он встречал изобилие жизни, особенно беспозвоночных: морские лилии, качающиеся по течению, хрупкие звездочки с тонкими зазубренными руками и морские свинки - голотурии, перекатывающиеся по морскому дну на распухших ножках. Но в этой поездке их всех не было.
15 минут спустя ROV обнаружил причину: паукообразный краб с красным панцирем и размером с шахматную доску прополз перед прицелами камер. Она исследовала землю - левый коготь, правый коготь, левый коготь - и нащупывала червей или моллюсков. Вскоре появился еще один краб, за ним третий и четвертый. В переполненном салоне разгорелась громкая дискуссия. «Это естественные захватчики, - пробормотал Крейг Смит, морской биолог из Гавайского университета в Маноа, - они следуют за более теплой водой."
Низкие температуры не пускали крабов в Антарктиду в течение 30 миллионов лет. Но теперь более теплые глубокие воды вторгаются на континентальный шельф, и это, похоже, угрожает хрупкому экологическому равновесию в этом районе. Анализ, проведенный Смитом и его коллегами, показывает, что 1,5 миллиона крабов уже населяют Палмерскую впадину, глубоководную впадину, куда в ту февральскую ночь направлялся ROV. И изначально аборигенные виды вряд ли могут защитить себя. «В Антарктиде нет хищников, раскалывающих панцири, - объясняет Смит. «Теперь, если они распространятся, они могут уничтожить целый ряд эндемичных видов».
Многие исследователи обеспокоены тем, что растущая популяция ракообразных и другие последствия потепления воды могут нанести непоправимый ущерб глубоководной экосистеме, в отличие от любой другой на Земле. Теперь они спешат задокументировать эти последствия, хотя сами изучают эти малопонятные сообщества.«Это действительно может означать серьезные потрясения для этих уникальных, встречающихся только здесь экосистем», - предупреждает морской биолог Ричард Аронсон из Флоридского технологического института в Мельбурне. Он был частью исследовательской группы, обнаружившей крабов на другом участке континентального шельфа в декабре 2010 года. «Это также отчасти интригует и немного пугает, потому что это очень очевидное следствие изменения климата».
Укрытие от холода
Аронсон уже более десяти лет беспокоится о хрупких сообществах антарктического шельфа. Декабрь 1994 года он провел на северо-восточной окраине Антарктического полуострова, собирая окаменелости на острове Сеймур. Бесплодные, осыпающиеся холмы хранят остатки древнего морского дна. В 200-метровых слоях осадочных пород с их развеянными ветром окаменелостями Аронсон обнаружил свидетельство самого поворотного события в истории Антарктиды: окончательного отделения континента от Южной Америки, которое началось 40 миллионов лет назад.
"Это естественные захватчики" (Крейг Смит)
Это позволило развиться циркумполярному течению, которое окончательно изолировало южный континент от более теплых воздушных и водных масс из более северных районов и таким образом изгнало его на вечную зиму. Аронсон и его студенты исследовали 10 000 окаменелостей до и после внезапного охлаждения, в которых была обнаружена поразительная закономерность.
Когда температура резко упала, жизнь на морском дне взорвалась: расцвели беспозвоночные иглокожие, такие как морские и офиуры, лилии и морские огурцы. В то же время количество травм конечностей, таких как травмы, нанесенные хищными акулами или крабами, уменьшилось, что свидетельствует о сокращении численности хищников.
Физиологическая особенность, вероятно, исключала крабов и креветок. Как только температура падает ниже одного градуса по Цельсию, они уже не могут регулировать содержание магния в жидкостях своего организма: они становятся онемевшими, вялыми, у них парализуется дыхание. Большинство из 100 или около того видов рыб, известных в настоящее время на антарктическом шельфе, принадлежат к одному подотряду, члены которого выработали антифризные белки. Благодаря им кровь течет даже ниже точки замерзания, что позволило им занять большую часть экологических ниш в холодном море. Однако у них нет сильных челюстей.
Ворота в прошлое
Это сохранило экосистему, напоминающую о временах 350 миллионов лет назад, когда в пищевых цепях доминировали малоподвижные беспозвоночные, такие как морские звезды, крабы-пауки или линейные черви. «Весь космос внизу имеет сильный палеозойский привкус», - говорит Аронсон. Джеймс МакКлинток из Алабамского университета в Бирмингеме объясняет, что из-за ослабления естественного отбора в отсутствие сильных хищников многие виды отказались от своих защитных механизмов. Животные на дне антарктического моря «очень слабо окостенели или бронированы», - говорит исследователь."Антарктический панцирь в руке запросто разобьешь".
Примерно в середине 2000-х Аронсон начал думать, что если море продолжит нагреваться, условия, которые охраняли ворота в прошлое, могут измениться. Доминирующие хищники, тем временем исключенные, вернутся и сеют хаос среди отшельников. Это его предсказание сейчас находится под наблюдением.
Поскольку атмосфера нагревается, а озоновая дыра над Южным полюсом все еще расширяется, вокруг южного континента усиливаются западные ветры, усиливая циркумполярное течение. В конце цепочки эти изменения вытягивают относительно теплую, соленую и потому плотную воду с глубины 4000 метров в Южном океане, так что она медленно переливается через край континентального шельфа и вытесняет туда более холодную воду.
Океанолог Дуглас Мартинсон из Земной обсерватории Ламонта-Доэрти в Палисейдс, штат Нью-Йорк, задокументировал этот процесс на западной стороне Антарктического полуострова, куда сейчас вторгаются крабы. Мартинсон установил пять датчиков температуры и течения вокруг грабена Маргариты, глубокого каньона, образовавшегося на морском дне в результате наступления ледников на край континентального шельфа в прошлые ледниковые периоды. Измерительные платформы зафиксировали коварный процесс: циркумполярное течение, скребущее по краю шельфа, лоб в лоб сталкивается с отвесными стенами каньона. Примерно раз в неделю поднимается и выливается на шельф пузырь объемом около 100 кубических километров теплой воды. Он создается столкновением, при котором эти вихри снова и снова расходятся. То же самое происходит и в других местах, говорит Мартинсон: «Похоже, это происходит везде, где каньоны рассекают край шельфа.
Маленькие различия, большие последствия
Температура поступающей воды составляет всего 1,8 градуса по Цельсию, но воздействие сильно в регионе, где в других условиях температура колеблется от 1 до минус 2 градусов по Цельсию. А наступление теплой воды, возможно, началось совсем недавно, говорит морской геолог Юджин Дормак из Колледжа Гамильтона в Клинтоне, штат Нью-Йорк. В 2010 году он возглавил поездку в депрессию Палмера.
Дормак смог сузить этот период, проанализировав данные об углероде-14 от глубоководных кораллов на континентальном шельфе. Кораллы росли нетронутыми в течение 400 лет, прежде чем они были извлечены исследователями. Уровни 14C медленно, но неуклонно увеличивались в течение первых 350 лет, а затем внезапно упали, что указывает на то, что организмы в воде с пониженными концентрациями 14 C купались. Вода из глубин Циркумполярного течения вписывалась в эту картину: на протяжении веков она была защищена от углерода в атмосфере и, следовательно, была лишена 14C. Основываясь на этих измерениях, Дормак пришел к выводу, что продвижение теплой воды должно было начаться «где-то на рубеже прошлого века, но до 1920 или 1930».
"Это действительно может означать серьезные потрясения для этих уникальных, существующих только здесь экосистем" (Ричард Аронсон)
Итак, хотя он начался в конце Малого ледникового периода - относительно прохладной фазы, начавшейся в средние века - он усилился с антропогенным глобальным потеплением и открытием озоновой дыры. Средняя температура воды к западу от Антарктического полуострова увеличилась на один градус Цельсия за последние 50 лет и продолжает повышаться на 0,01-0,02 градуса Цельсия в год. «Поступление тепла через крышу. Температура растет почти экспоненциально», - говорит Мартинсон.
Вторжение продвигается
Первое свидетельство того, что крабы готовились к вторжению на шельф вместе с теплой водой, появилось в 2007 году. Свен Татье из Университета Саутгемптона отправил ROV вниз по континентальному склону Антарктического полуострова, чтобы нанести на карту ледниковые рисунки. Но его камеры также зафиксировали 13 камчатских крабов (Paralomis birsteini) на глубине от 1100 до 1300 метров. Морской биолог ранее изучал холодоустойчивость этих ракообразных и пришел к выводу, что они могут выжить дальше на север на глубине от 2000 до 4000 метров, где вода на один-два градуса теплее. «Но потом мы нашли их даже на континентальном склоне, всего в 500 метрах ниже самого шельфа, - сообщает он. «Эти крабы процветали при температуре в один градус Цельсия - я подозревал, что это их реальный физиологический предел».
Но только когда Смит наблюдал за королевскими крабами Neolithodes yaldwyni внутри шельфа, в 120 километрах от границы, было подтверждено, что это было реальное вторжение. К западу от полуострова холодная вода перекрывает более теплую. Чтобы попасть в Палмер-Впадину из открытого моря, крабы или их личинки должны были пересечь своеобразный перевал с холодной водой на глубине 450 метров ниже уровня моря, прежде чем они смогли обосноваться в Палмер-Впадине, которая находится на глубине от 800 до 1400 метров.
В декабре 2010 года Татже вернулся в Антарктиду с Аронсоном и МакКлинтоком и буксировал подводного робота вверх и вниз по склонам континентального шельфа в районе желоба Маргерит. ROV прочесал 100-километровый путь вдоль морского дна, сделав 150 000 изображений, на которых запечатлены сотни Paralomis birsteini на глубине от 2300 до 800 метров. «Если экстраполировать, это миллионы крабов», - экстраполирует МакКлинток.
Нашествие крабов, возможно, началось десять или два года назад. Просматривая старые изображения из Глубины Палмера в 1998 году, Смит заметил типичные следы когтей на морском дне, что указывает на то, что ранние образцы должны были быть там, даже если камера еще не зафиксировала их. Дормак, в свою очередь, просмотрел 30-летние временные ряды температур, сделанные во время предыдущих путешествий, и обнаружил, что глубоководная долина за это время медленно нагревалась. В настоящее время Смит сравнивает генные последовательности материала крабов из Палмерских глубин с образцами из более глубоких и теплых вод дальше на север: это может помочь определить точное происхождение животных и время их появления..
Но вам не нужно знать точную историю вторжения, чтобы увидеть очевидные последствия. Обычно животные, находящиеся на грани своих физиологических возможностей, борются за выживание и размножение. Но 19 из 27 крабов, собранных Смитом во время его тура 2011 года, оказались оплодотворенными самками с яйцами или личинками. "Это население размножается как сумасшедшее, - говорит он. - Оно здесь, чтобы остаться и размножаться". Если в течение следующих 10-20 лет крышка холодной воды продолжит подниматься, крабы могут хлынуть из впадины Палмера и желоба Маргариты и колонизировать более широкий континентальный шельф на высоте от 400 до 600 метров: это будет концом эндемичной эпидемии. жизнь здесь.
Сокрушительный жар
Более теплые воды также представляют дополнительную опасность для морских садов региона. Большинство видов здесь чрезвычайно чувствительны к повышению температуры. У офиур и других беспозвоночных чрезвычайно медленный метаболизм - адаптация к холодной воде - и плохая способность поглощать и транспортировать кислород. «Так что же делают эти организмы, когда становится теплее и их метаболизм ускоряется?» - спрашивает биолог Ллойд Пек из Британской антарктической службы в Кембридже, наблюдавший за животными в тепловых экспериментах в аквариуме: их потребности в кислороде превышают возможности жабр., и они медленно чахнут.
"Это население размножается как сумасшедшее. Оно здесь, чтобы остаться и размножаться" (Крейг Смит)
Приблизительно половина из двух десятков видов, изученных Пеком, могут выжить в воде, на два градуса по Цельсию теплее текущего летнего максимума. Но все остальные, кажется, страдают. «По крайней мере, два из видов, которые, как мы думаем, исчезнут первыми, могут нарушить экологический баланс в случае потери», - добавляет он: антарктический моллюск Laternula elliptica и мелководная офионотус victoriae. Оба являются ключевыми видами, которые питаются мертвым планктоном и другими органическими отходами, просачивающимися сверху вниз. Они превращают ее в новую биомассу, которой питаются остальные обитатели морского дна. Однако и те, и другие умирают или становятся очень вялыми, как только температура поднимается хотя бы на один градус Цельсия выше обычного летнего максимума - значений, которые к концу века должны стать нормальными.
Вместо этого микробы могли бы съедать больше стоков, а не преобразовывать их в съедобную биомассу - на морском дне могло бы существовать меньше животных. Или фильтрующие губки массово размножаются, чтобы закрыть щель. Тем не менее, количество хищных, архаичных морских звезд, линейных червей и крабов-пауков на вершине пищевой цепи, вероятно, значительно сократится.
Морской эколог Джулиан Гутт из Института Альфреда Вегенера в Бремерхафене высоко оценивает работу Смита с крабами. Но он по-прежнему не хочет делать окончательную оценку того, являются ли ракообразные новой частью разрушительной головоломки или же они были частью инвентаря в течение длительного времени. По его словам, повторные исследования, показывающие, что крабы расширяют сферу своего влияния, подтвердят вторжение. «Если они действительно вторгнутся в новые места обитания, последствия будут очень значительными».
В любом случае, сам Аронсон остается начеку, тщательно высматривая подсказки относительно того, происходит ли эта иммиграция. По его опыту, оптимизм не оправдан. «Каждый раз, когда мы предсказываем, что может произойти через 50 лет, это происходит - бах - десять лет спустя. Я думаю, что это вторжение происходит гораздо быстрее, чем обычно предсказывают консервативные ученые».