VIVOS VOCO: А.Н. Островский, "Коралловые рифы: утраченный рай?"

Коралловые рифы:
утраченный рай?

А.Н. Островский

Андрей Николаевич Островский, к. б. н.,
докторант каф. зоологии беспозвоночных биолого-почвенного факультета СПбУ.

Райские сады коралловых рифов, которые мы привыкли видеть на страницах журналов и в фильмах Кусто, остались в прошлом. Ныне многие из них превратились в кладбища и невольно вызывают печальные ассоциации… Тут бредешь, как по разрушенному замку. Везде следы былого величия: к небу еще вздымаются неприступные в прошлом замшелые стены, да вот только в стенах этих бреши, шпили на башнях обвалились, да и самих башен немного осталось. Подъемные мосты давно сожжены, и их оборванные цепи, глухо позвякивая, тихонько покачиваются на ветру. Улочки завалены битым кирпичом, кровли домов провалились, окна выбиты…

Катастрофу долго не замечали, пока колоссальный отток средств из сферы туристического бизнеса не заставил наконец правительства и предпринимателей обратить на нее внимание.

Катастрофа, которую не заметили

Коралловая экосистема нашей планеты - гигантский трансформатор вещества и энергии, доля которого в глобальном круговороте очень велика. Тысячи километров рифовых барьеров и десятки тысяч коралловых островов защищают побережья целых континентов от волновой эрозии. Но, кроме того, это целая вселенная, населенная мириадами животных и растений и дающая им пищу и кров. По числу постоянно и временно обитающих видов организмов коралловые рифы уступают лишь влажным тропическим лесам. (Чтобы представить себе такое биоразнообразие, вспомним, что всего на 2 га южноамериканской сельвы встречается в четыре раза больше видов древесных растений, чем во всей Северной Америке.) А ведь риф служит еще и яслями, где размножаются и проводят бoльшую часть своего личиночного развития многие рыбы, некоторые головоногие моллюски и ракообразные. Самих рифообразующих коралловых полипов насчитывается почти 2.5 тыс. видов, а водорослей, губок, гидроидных полипов, иглокожих, моллюсков, червей, ракообразных, рыб и др. - десятки тысяч! И всем им грозит гибель.

Случаи массового вымирания кораллов известны с конца XIX в. На исходе 70-х годов XX в. частота этих событий начала драматически расти. Первая масштабная гибель произошла в 1983 г., к 1993 г. было потеряно 10% всех рифов планеты, а 1997 и 1998 гг. стали для них трагическими.

Некоторым регионам был нанесен невосполнимый ущерб: в прибрежных водах Бахрейна, Мальдивских о-вов, Шри-Ланки, Сингапура и многих акваторий вблизи Танзании погибло до 95% всех кораллов; неподалеку от Сейшельских о-вов, у берегов Белиза, Вьетнама, Кении, Таиланда и в водах южной части Японии - от 50 до 70%; в прибрежьях Бразилии, Индонезии, Омана и Полинезии, о.Мадагаскар, Багамских, Галапагосских и Филиппинских о-вов, вблизи Флориды и на Большом Барьерном рифе - от 20 до 50%. В той или иной степени мощному разрушительному воздействию подверглись все коралловые рифы мира.

В 2000 и 2002 гг. трагедия повторилась, особенно сильно затронув центральную и южную части Тихого океана. Так, до 40% кораллов погибло в акватории о-вов Фиджи, массовым вымираниям подверглись большие участки Большого Барьерного рифа (в некоторых из них погибло до 90% колоний).

На сегодняшний день самыми разрушенными и больными в мире оказались рифы Центральной Америки: в живых осталось 10-20% колоний (у берегов Кубы, Багамских о-вов и Белиза сохранилось около 30-70%, но в Мексиканском заливе, вблизи Ямайки и Панамы - меньше 1%). По некоторым оценкам, к настоящему времени погибло уже около половины всех кораллов Земли; в ближайшие пять лет вымирание грозит еще примерно 30% современных коралловых биоценозов (а в Юго-Восточной Азии и Австралии могут исчезнуть от 60 до 80% колоний).

Однако сейчас, по мнению ученых, мы все же наблюдаем лишь спорадическую гибель отдельных рифов или их участков. А вот через 20 лет начнется повсеместное вымирание кораллов, в частности, к 2030 г. под угрозой окажется само существование Большого Барьерного рифа. Если события будут развиваться с той же скоростью, коралловые колонии в большинстве прибрежных районов планеты погибнут всего через 100 лет.

Почему обесцвечиваются кораллы

Основные рифостроители, мадрепоровые кораллы, строят свой скелет, извлекая карбонат кальция из морской воды. Их обызвествлению помогают зооксантеллы - одноклеточные водоросли, которые живут в тканях коралловых полипов, поставляя им питательные вещества и получая при этом безопасное местожительство. Таким образом, коралловая колония - сложная симбиотическая система, в нормальных условиях успешно конкурирующая с быстрорастущими многоклеточными водорослями. Ночью полипы с помощью щупалец, усаженных стрекательными клетками, питаются планктонными организмами (главным образом, мелкими рачками); днем поступление необходимых веществ (а следовательно, и рост колонии) обеспечивается за счет фотосинтеза зооксантелл. При падении их содержания в тканях полипов на 60-90% кораллы обесцвечиваются и гибнут. Вообще они настолько зависимы от своих симбионтов, что погибают, если концентрация зооксантелл не будет вовремя восстановлена. Если причина, приведшая к гибели зооксантелл, не очень сильна и не слишком продолжительна, у полипов есть шанс выжить - их ткани вновь заселятся водорослями. Считается, что в некоторых областях Тихого и Индийского океанов, а также Карибского моря обесцвечивание - явление регулярное, и многие рифы восстанавливаются полностью. Но это только предположение. Горькая же реальность заключается в том, что в результате гибели симбионтов большинство кораллов вымирает из-за нарушения обменных процессов и замедления роста скелета.

Биохимические основы ослабления обесцвеченных кораллов изучены пока недостаточно. До недавнего времени было распространено мнение, что они становятся удобной мишенью для болезнетворных микроорганизмов. Специалисты объясняли это по-разному. По одной из гипотез, исчезновение симбионтов в некоторых случаях приводит к изменению ионного обмена, что отражается на свойствах клеточных мембран полипов: в частности, может возрасти адгезия бактерий к этим клеткам. (Правда, имеются данные, свидетельствующие о том, что способность микроорганизмов прикрепляться к поверхности живой ткани кораллов вызвана изменением свойств самих бактерий из-за повышения температуры воды.) Другая гипотеза объясняла понижение защитных свойств полипов тем, что исчезновение симбионтов приводит к существенному уменьшению содержания сахаров в тканях кораллов - в результате они становятся менее устойчивыми к патогенам и их токсинам.

Однако в последнее время появились сведения, что в некоторых случаях обесцвечивание вызывают именно бактерии. Они атакуют ослабленные повышенной температурой воды кораллы, и те лишаются своих симбионтов (такие данные получены, например, для бактерии Vibrio AK-1 и средиземноморского коралла Oculina patagonica).

Скорее всего, справедливы все эти гипотезы, и перечисленные факторы действуют совместно. Главное же состоит в том, что ослабление полипов вызывается гипертермией.

В последние 10 лет у кораллов зарегистрировано 11 новых болезней. Во Флориде, например, число колоний, пораженных болезнями, в этот промежуток времени увеличилось более чем на 400%! Вот только один пример: вызываемое цианобактерией Phormidium corraliticum заболевание черная лента убивает коралл-мозговик размером с арбуз всего за месяц.

Коралл-мозговик, пораженный болезнью черная лента.
http://ourworld.compuserve.com/homepages/mccarty_and_peters/coral/Bbd.htm

Во многих случаях обесцвечивание и последующая гибель полипов совпадали с долговременным изменением (повышением или понижением) температуры воды. Так, на 1997-1998 гг. пришлось одно из самых сильных в прошлом столетии Эль-Ниньо. Возникновение в тропической зоне устойчивого теплого течения с температурой в 28-30°С не могло не отразиться на состоянии мелководных океанических экосистем. Особенно сильно пострадали кораллы на глубинах до 15 м, где температура держалась на отметке 30°С и выше по нескольку недель. Однако если в одних районах Мирового океана (например, в восточной части Тихого) обесцвечивание и вымирание кораллов совпали с Эль-Ниньо, то в других (акваториях Юго-Восточной Азии) - с его антагонистом, прохладным течением Ла-Нинья. В различных районах Индийского океана обесцвечивание рифов также происходило или во время Эль-Ниньо, или во время Ла-Нинья. Поскольку эти два явления, как правило, идут одно за другим (что и случилось в 1997-1998 гг.), у кораллов просто не было времени на восстановление.

В качестве причин обесцвечивания называют также солнечную радиацию и длительное обсыхание во время экстремальных отливов и падения уровня моря. (Понятно, что зачастую несколько факторов действуют одновременно, многократно увеличивая губительный для зооксантелл и кораллов эффект.)

До 80-х годов XX в. случаи массовой гибели кораллов обычно были связаны с сильными штормами, длительными отливами, опреснением морской воды в дождливый период (в последнем случае обесцвечивание отмечается на глубинах до 50 м), а в Австралии - еще и вспышками численности морской звезды терновый венец (Acanthaster planci), которая питается полипами. Обесцвечивание, вызванное длительным повышением температуры воды, наблюдалось лишь в отдельных районах и ограничивалось относительно небольшими участками рифов. Но в последние 20 лет оно охватило огромные акватории тропиков, причем на самых разных глубинах.

Происходящие в наше время глобальные климатические изменения - общепризнанный факт. Ученые не знают точно, в чем основная причина планетарного потепления, однако множество фактов свидетельствует, что виновно в нем именно человечество. Увеличение концентрации в атмосфере основного парникового газа - СО₂ - прямо пропорционально размерам посевных площадей (в обрабатываемой почве идет интенсивное окисление органики) и количеству сжигаемого топлива. Потепление атмосферы ведет к повышению температуры воды в океанах, и кораллы погибают.

Под перекрестным огнем

К сожалению, список факторов, усугубляющих ситуацию, можно продолжить.

Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере опосредованно ведет к тому, что скелетообразование у кораллов замедляется (по некоторым оценкам, на 10-20%), и их конкурентоспособность в значительной степени снижается.

Общее потепление обусловливает сложные перестройки атмосферной циркуляции, в результате которых увеличивается вероятность возникновения тропических циклонов. Ураганы уничтожают рифы так же беспощадно, как и болезни, только значительно скорее. Коралловый сад после того, как по нему прошел ураган, становится заброшенным пустырем…

Важнейший фактор, ведущий к быстрому умиранию прибрежных экосистем, включая коралловые, - интенсификация выноса в океан механических осадков. Вырубка лесов приводит к размыванию почв на гигантских территориях. Это особенно заметно в тропических областях, где в дождливый сезон миллионы тонн песка и глины сносятся реками в океан и оседают на рифах. Темпы роста колоний многих видов полипов намного меньше скорости осадконакопления, и в результате они оказываются похороненными заживо. Кроме того, в океан с почвами выносятся неспецифические болезнетворные организмы, атакующие кораллы. Например, в корневой системе тропических деревьев живет один из видов грибка аспергилла, который, попадая в море, поражает кораллы вида Gorgonia flabellum (его называют веером Венеры). Омертвение участков колонии приводит к утрате ее эластичности: обитающие на течении “веера” постепенно разваливаются.

Еще одна причина гибели кораллов - минеральные удобрения. Вымывание их вместе с почвой с полей ведет к повышению в морской воде концентрации азота, а в итоге - к активному росту паразитических грибков (скорость распространения инфекции по колонии увеличивается почти в два раза) и водорослей, причем как в толще воды, так и на дне. Водоросли быстро покрывают любые субстраты, в том числе поверхность кораллов. В первую очередь они селятся на мертвых колониях, не давая оседать на них личинкам полипов. Если же те все-таки осядут, то не смогут нормально развиваться, поскольку за ночь водоросли изымают из воды, окружающей личинку, почти весь кислород и таким образом “душат” молодь кораллов. А некоторые виды водорослей и колониальных инфузорий успешно селятся на живых колониях и либо перекрывают им (полностью или частично) доступ к свету, пище и кислороду, либо отравляют кораллы (в этом случае в местах контакта образуются некротические участки). В любом случае полипы погибают.

Добавим к этому прямое загрязнение морской воды бытовыми и промышленными сточными водами, нефтью, а также цианидами, применяемыми в некоторых районах Юго-Восточной Азии при рыбной ловле. На тех участках Большого Барьерного рифа, которые сильнее всего страдают от стоков с полей, видовое разнообразие кораллов в два раза ниже, чем на относительно незагрязненных акваториях. Возбудителем так называемой белой оспы, одной из наиболее быстро распространяющихся болезней кораллов, оказалась бактерия Serratia marcescens, обитатель человеческого кишечника. Нетрудно догадаться, откуда она взялась в океане. Вред, причиняемый полипам их естественными врагами, такими как морские финики, или камнееды (двустворчатые моллюски рода Lithophaga), хитоны (рода Choneplax), морская звезда терновый венец и некоторые виды рыб-попугаев, не идет ни в какое сравнение с последствиями существования индустриального общества.

Возвращение кораллов?

Прогноз безрадостен. Не исключено, что мы - последнее поколение, которое еще может видеть коралловые рифы. Если не будут предприняты хоть какие-то попытки изменить ситуацию с очисткой сточных вод, выхлопных газов, вырубкой лесов и т.п., восстановительный потенциал этого колоссального по своим размерам, разнообразию и значимости для биосферы Земли биоценоза уже через 50 лет будет безнадежно подорван. Необходимо многое изменить в сознании людей, чтобы остановить катастрофу.

Первое и самое главное, что нужно предпринять, - немедленно пересмотреть подходы к эксплуатации ресурсов океана. Использование традиционных методов добычи морепродуктов убийственно, причем не только для полипов, но и для огромной части населения нашей планеты (ежегодно коралловые рифы дают, в товарах и услугах, 375 млрд долл., полностью или частично обеспечивая существование десятой части человечества). К решению этой проблемы подключились крупнейшие международные природоохранные и финансовые организации (такие как Международный фонд дикой природы и Всемирный банк). При их поддержке разворачиваются широкомасштабные программы по мониторингу рифов, созданию охраняемых акваторий и просвещению населения прибрежных территорий. Правительствам развивающихся стран даются практические рекомендации относительно того, где и когда лов рыбы должен быть полностью или частично запрещен, каков допустимый размер улова, какие орудия можно использовать. Все это, а также организация новых, причем очень крупных, заказников - единственно возможный вариант предпринимательства на прибрежных акваториях. Во многих регионах уже сейчас необходимы полный отказ от морского промысла и переключение экономики на значительно более прибыльный туризм. Отдыхающие хотят видеть под водой ярких рыбок и коралловые города, а не грязно-бурые обломки, в которые превратилось большинство рифов по всему миру. Однако чтобы туристам было на что смотреть под водой, необходимо убедить местное население отказаться от традиционного промысла и сохранить хотя бы оставшиеся кораллы. А это чрезвычайно трудно.

Морские биологи ищут новые подходы к восстановлению рифов. В Австралии, например, успешно опробован следующий метод: личинками кораллов заселяют искусственные субстраты, а потом их куски переносят на поврежденные участки колонии, чтобы ускорить ее восстановление. Во Флориде уже несколько лет ведутся эксперименты по созданию рукотворных рифов. На дне сооружаются конструкции из фиберглассовых прутьев и бетонных блоков, промежутки между которыми аквалангисты заполняют глыбами кораллового известняка. На этих сооружениях быстро появляются водоросли, а затем и рыбы, которые ими питаются. Ученые пытаются поселить здесь молодые колонии полипов, но приживутся ли они, пока неясно. В Саудовской Аравии разработан метод, основанный на использовании электрохимических свойств морской воды. В открытом море на буйках крепятся солнечные батареи, дающие слабый постоянный ток. Они соединены с погруженными в воду проволочными каркасами, которые быстро покрываются коркой из солей магния и кальция. На нее активно оседают личинки полипов, мшанок, гидроидов, двустворчатых моллюсков и др. Таким образом, довольно быстро возникает ассоциация живых организмов - прообраз кораллового рифа. Интересно, что полипы, которые поселились на находящихся под током проволочных каркасах, меньше страдают от перегрева моря. В большинстве своем они выживают даже в тех условиях, когда их соседи гибнут. Причины этого явления пока неизвестны.

Естественное же возрождение кораллов если где-то и идет, то слишком медленно: молодых колоний появляется в 10, а в некоторых случаях - в 100 раз меньше, чем 20 лет назад. Лишь в отдельных районах рифы восстанавливаются хорошими темпами. Например, в прибрежных водах Мальдивских о-вов некоторые колонии быстрорастущих видов коралла рода Acropora за пять лет, прошедшие после катастрофы 1997-1998 гг., выросли почти до метрового размера. Однако даже здесь на полное восстановление понадобятся десятилетия (да и то если не повторится обесцвечивание). В других же местах кораллы и вовсе не возрождаются. Так, вблизи Шри-Ланки и во многих прибрежных районах Индии рифы мертвы. Кроме того, для реколонизации полипам требуется устойчивый твердый субстрат, а после вымирания рифы во многих местах представляют собой груды мелких известковых обломков.

Потепления в истории нашей планеты уже бывали (правда, не столь быстрые), и каждый раз они сопровождались масштабными сменами фаун. И все же многие виды морских организмов смогли пережить катаклизмы, перебравшись в более холодные воды, а именно уйдя в высокие широты, на глубину и в зоны апвеллинга. Это дает шанс на спасение и для современных рифов. Точнее, сами они могут погибнуть, но кораллы выживут. И, кто знает, может быть, вернутся в мелководные районы, чтобы снова вырастить райские сады. Такое уже случалось. В промежутке между 9 тыс. и 4 тыс. лет назад температура воды в Атлантике была на 2-4°С выше, чем сейчас, и кораллы процветали на 150 км севернее нынешней границы их распространения. Один из современных видов рода Acropora когда-то существовал в Красном море. Теперь его там нет, зато он широко распространен в Карибском. Данный пример показывает, что, исчезнув в каком-то месте, вид может пережить экологический кризис в более благоприятных условиях.

И напоследок - одно обнадеживающее наблюдение. Морские биологи из Смитсоновского тропического института сообщили, что у некоторых видов кораллов в условиях повышенной температуры ткани заселяются более теплолюбивыми зооксантеллами. Возможно, это одна из адаптивных стратегий, позволяющих полипам переживать кризисы.

Хочется верить, что для кораллов еще не все потеряно. Однако без нашей помощи им уже не справиться.

Литература

1. Kushmaro A., Rosenberg E., Fine M., Loya Y. // Marine Ecology Progress Series. 1997. V.147. P.159-165.

2. Veron J.E.N., Vernon J.E.N. Corals of the world. In 3 v. Melbourne, 2000.

3. First Austrian Reef Workshop (Abstract Volume). Vienna, 2003.

4. Coral Reefs and Global Change: Symposium Report. Boston, 1998 (http://coral.noaa.gov/themes/coral_cg.html).

5. Status of Coral Reefs of the World. 2002 (http://www.aims.gov.au/pages/research/coral-bleaching/scr2002/scr-00.html).

6. Goreau T.J., Cervino J., Goreau M. et al. Rapid Spread of Diseases in Caribbean Coral Reefs. - Global Coral Reef Alliance. 1997 (http://globalcoral.org/rapid_spread_of_diseases_in_cari.htm).