Пищевые цепочки коралловых рифов оказались более изолированными и уязвимыми, чем считалось ранее

Солнечный свет освещает мелководный рифовый гребень в центральной части Красного моря, где кораллы, омываемые волнами, поддерживают продуктивность бентоса, которая питает высшие трофические уровни, включая хищных луцианов. Автор: Келтон МакМахон

Исследование, проведённое под руководством доцента Келтона МакМахона из Высшей школы океанографии Университета Род-Айленда, показало, что пищевые сети тропических рифов более хрупкие, чем считалось ранее. Вместо того чтобы быть частью высокоинтегрированной системы, где виды могут легко переключаться между источниками пищи, многие обитатели рифов в этих невероятно биоразнообразных экосистемах зависят от узкоспециализированных энергетических путей, связывающих конкретные виды с определёнными источниками первичной продукции.

Результаты исследования опубликованы в журнале Current Biology.

Используя метод анализа стабильных изотопов аминокислот (CSIA-AA), который позволяет отслеживать путь питательных веществ в экосистемах с течением времени, команда изучила три распространённых вида луцианов (Lutjanus kasmira, L. ehrenbergii и L. fulviflamma). Хотя ранее этих рыб считали оппортунистическими хищниками, оказалось, что они и поддерживающие их пищевые сети демонстрируют удивительную специализацию:

• Lutjanus kasmira питается почти исключительно в пищевой сети, основанной на фитопланктоне водной толщи.
• L. ehrenbergii связан с пищевой сетью, основанной на макроводорослях морского дна.
• L. fulviflamma в основном питается в коралловой пищевой сети.

«Когда ныряешь на этих прекрасных рифах Красного моря, первое, что бросается в глаза — это стаи луцианов, синхронно плавающих вместе. Мы бы никогда не догадались, что каждый из них занял свою уникальную нишу в этих сложных, биоразнообразных пищевых сетях», — поделился впечатлениями МакМахон. Ранее считалось, что как многочисленные хищники, находящиеся на вершине пищевой цепи, они являются универсалами, свободно перемещающимися по рифу и питающимися любой доступной добычей.

Однако результаты исследования раскрывают иную картину: поток энергии от первичных продуцентов (таких как кораллы, макроводоросли и фитопланктон) к хищникам сильно разделён. Другими словами, каждый вид зависит от своего «изолированного» источника продукции, формируя замкнутые пищевые цепочки в пределах конкретных микроареалов рифа, несмотря на возможность питаться более широким спектром добычи.

«Одно дело — увидеть, что один-два вида специализируются на определённой пище, но когда целые пищевые цепи, включающие десятки или даже сотни видов, оказываются тесно связанными с одним первичным продуцентом (например, макроводорослями), в то время как столь же вкусные кораллы находятся в нескольких сантиметрах — это полностью меняет наше представление о биоразнообразии коралловых рифов», — говорит МакМахон.

Исследование рифовых систем Красного моря с аквалангом демонстрирует потрясающее биоразнообразие и сложность энергетических связей, поддерживающих луцианов и других рифовых хищников. Автор: Саймон Торролд

Отбор проб луцианов на коралловых рифах для оценки их роли в динамике пищевых сетей. Автор: Саймон Торролд

Последствия для устойчивости рифов и биоразнообразия

Исследование также проливает свет на классическую экологическую загадку: как в рифовых экосистемах, исторически бедных питательными веществами (особенно в тёплых мелководных тропических водах), сохраняется высокое видовое разнообразие. Обычно стабильные экосистемы предполагают значительное перекрытие источников энергии, что помогает им восстанавливаться после нарушений. Однако это исследование показывает, что виды рифов часто придерживаются своих изолированных источников энергии, которые учёные называют «вертикальными силосами».

Такое разделение в рифовых экосистемах ставит под сомнение давнее предположение, что коралловые рифы устойчивы благодаря множеству видов, выполняющих схожие, взаимосвязанные роли. В системах, где несколько видов могут выполнять одну и ту же функцию, потеря одного звена не обязательно приводит к коллапсу всей системы. Но в этих «вертикально изолированных» пищевых сетях нарушение единственного первичного продуцента из-за изменения климата, перелова или обесцвечивания может разрушить целую пищевую цепочку.

Это делает пищевые сети коралловых рифов более структурированными и уязвимыми, чем считалось ранее, что даёт новое понимание их функционирования и потенциальной хрупкости перед лицом быстрых экологических изменений.

Место исследования и плотность популяции луцианов. Автор: Current Biology (2025). DOI: 10.1016/j.cub.2025.06.034

Новый метод: CSIA-AA

Лаборатория океанической экогеохимии МакМахона в кампусе URI Narragansett Bay использует стабильные изотопы для изучения жизненного цикла животных на основе их рациона. Исследования лаборатории охватывают важные вопросы продовольственной безопасности, здоровья прибрежных экосистем и перераспределения морской жизни из-за потепления вод. В этом исследовании команда применила CSIA-AA для отслеживания движения углерода и азота через пищевую сеть кораллового рифа. В отличие от традиционных методов, таких как анализ содержимого желудка, который даёт лишь краткосрочный снимок рациона, CSIA-AA позволяет получить долгосрочную и более точную картину потоков энергии в экосистеме.

«Люди почти столетие используют изотопы для изучения пищевых сетей, преобразуя организм в единое изотопное значение. Всю свою карьеру я посвятил разработке методов анализа отдельных соединений в сложных организмах, что позволяет раскрыть их метаболическую историю так, как раньше было невозможно. Это даёт нам возможность отслеживать источники энергии и выявлять ранее невидимые закономерности в пищевых сетях», — объясняет МакМахон.

Терпение — залог успеха

Образцы для этого исследования были собраны во время полевых работ в Красном море, а анализ тканей рыб проводился в GSO и партнёрских лабораториях, включая Океанографический институт Вудс-Хоул. МакМахон отметил, что образцы хранились более десяти лет, пока развитие аналитических инструментов не сделало возможным их изучение:

«Я собрал эти образцы 15 лет назад, будучи постдоком в Университете науки и технологий имени короля Абдаллы», — рассказал МакМахон.

«Данные были, но у меня не было инструментов или понимания, чтобы осмыслить их должным образом. Иногда идея должна созреть, пока знания и методы не станут достаточно развитыми, чтобы быть полезными. Наконец, я чувствую, что готов работать с этими данными так, как они того заслуживают, и результат определённо оправдал это терпение».

Команда планирует расширить исследования на другие рифовые системы, изучить аналогичные вопросы в лесах водорослей и глубоководных экосистемах, а также интегрировать ДНК-метабаркодирование для более точной идентификации видов добычи, связывающих эти изолированные энергетические каналы.

«Меня вдохновляет возможность открывать знания, которые люди искали долгое время», — добавил МакМахон. «В моей лаборатории мы не специализируемся на одной системе или виде: мы работали с пингвинами в Антарктиде, изучали рацион древних людей в Мезоамерике и местный промысел краба Джона. Наша цель — разрабатывать инструменты для решения сложных экологических проблем и объединять разнообразные подходы и людей».

Больше информации: Kelton W. McMahon et al, Highly siloed nutrient pathways fuel meso-predator fishes on coral reefs, Current Biology (2025). DOI: 10.1016/j.cub.2025.06.034

Источник: University of Rhode Island