Bajo ciertas condiciones, un arrecife puede albergar una próspera comunidad de corales o un exuberante campo de algas, dependiendo de con qué empezó. Crédito:Kai Kopecky, Russ Schmitt
Los arrecifes tropicales son ecosistemas vulnerables, sensible a una variedad de condiciones ambientales y perturbaciones, que pueden cambiar su composición de arrecifes de coral vibrantes a vastos campos de algas o escombros estériles.
Ahora, los investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara han establecido que estas comunidades claramente diferentes pueden persistir exactamente en las mismas condiciones. Los resultados, que aparecen en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , podría tener amplias implicaciones para la ecología y la conservación en todo el mundo.
Macroalgas, comúnmente llamado alga, tiende a competir con los corales en los arrecifes a menos que los herbívoros lo mantengan bajo control. Como resultado, la cantidad de herbivoría en un arrecife es un factor importante para determinar si el sitio será un arrecife de coral o un campo de algas.
"Los arrecifes en muchas partes del mundo han cambiado de corales a algas marinas, y la pregunta es qué mantiene el arrecife dominado por las algas en lugar de volver al coral, "dijo la profesora Sally Holbrook del Instituto de Ciencias Marinas (MSI) de la UC Santa Bárbara, uno de los coautores del artículo.
Si comienza con muchas algas (curva verde), se necesita más herbivoría para hacer la transición a una comunidad dominada por corales. Si comienza con coral (curva naranja), el coral permanecerá incluso en niveles más bajos de herbivoría. Crédito:Matt Perko
Una posibilidad es que el ambiente haya cambiado de una manera que favorezca a las algas, y así, aunque las algas desaparecieran, las nuevas condiciones ya no se adaptarían al coral. Pero los investigadores querían determinar si podría haber otra explicación, uno con implicaciones muy diferentes para la gestión de los arrecifes de coral. Exploraron si una comunidad de coral robusta y una comunidad de algas marinas robusta podrían existir y persistir en las mismas condiciones ambientales, es decir, la cantidad de herbivoría en el arrecife.
En experimentos en el sitio de Investigación Ecológica a Largo Plazo del Arrecife de Coral Moorea financiado por la Fundación Nacional de Ciencias en Moorea, Polinesia francés, El grupo investigó primero si había un nivel de herbivoría en el que tanto el coral como las algas pudieran persistir en el arrecife. llamada región biestable. Y si este fuera el caso, querían determinar dónde se encontraba esta ventana en comparación con las condiciones actuales en el arrecife.
Los investigadores redujeron la actividad de los herbívoros a diferentes niveles enjaulando ciertas áreas del arrecife para que los peces no pudieran entrar para mordisquear las algas. Instalaron jaulas del tamaño de un horno tostador, en grupos, en áreas que inicialmente tenían o no tenían algas. Cada grupo tenía jaulas con una variedad de tamaños de agujeros que creaban un gradiente desde sitios apenas accesibles para los herbívoros, a los que acomodaban a todos menos a los mayores comedores de algas.
Esta configuración permitió al equipo de investigación determinar qué niveles de herbivoría impedían que las algas se arraigaran. así como los niveles necesarios para eliminar las algas existentes. Descubrieron que el giro no se producía en las mismas condiciones en ambos sentidos.
"Descubrimos que se necesita mucha más herbivoría para eliminar las algas que para prevenirlas, "dijo el autor principal Russ Schmitt, también con MSI, y profesor del Departamento de Ecología, Evolución y Biología Marina. "Esto significa que hay una cantidad de herbivoría donde el hábitat podría persistir como un arrecife de coral o como un arrecife dominado por algas, dependiendo de si la comunidad comenzó como coral o algas. Nada más tiene que diferir".
Un pez unicornio de espina anaranjada navega sobre un sargazo, con las jaulas experimentales visibles al fondo. Crédito:Russ Schmitt
Dado que el experimento duró varios años, el equipo pudo demostrar que sus resultados se mantuvieron durante varias generaciones de algas marinas. "Esta es la primera vez que un experimento de campo ha demostrado que es posible para dos comunidades persistentes que existen en las mismas condiciones en un arrecife de coral, "dijo Schmitt.
Y los resultados son más que académicos. "Una razón por la que este hallazgo es importante es que sugiere que un gran impacto en el arrecife puede convertirlo de coral en algas sin ningún cambio en la cantidad de herbivoría". "dijo la coautora Samantha Davis, el coordinador de programas de investigación de pregrado en el Centro de Asociaciones de Ciencia e Ingeniería de la universidad. "Y una vez volteado, el arrecife permanecerá dominado por las algas ".
Thomas Adam, científico investigador de MSI, otro de los coautores del artículo, está de acuerdo. "El cambio es difícil de revertir porque solo una alteración muy grande podría hacer que el arrecife regrese a los corales, ", dijo." Nuestro segundo experimento de campo probó esta idea ".
La idea es que si las condiciones estuvieran en esta región biestable, luego, después de una pequeña conmoción, la comunidad debería volver a su estado anterior. Una gran conmoción por otra parte, cambiaría el paradigma bajo el cual operaba el sistema, enviándolo hacia una composición diferente, donde luego permanecería.
El equipo simuló un evento como un ciclón limpiando las algas de pequeños parches del arrecife de la laguna, una sección que habían determinado estaba en esta región superpuesta de estabilidad. Y el arrecife se comportó como predijo el modelo. Las áreas vírgenes permanecieron en su estado inicial de algas, mientras que las áreas moderadamente perturbadas volvieron a los campos de algas y permanecieron así durante años. Sin embargo, arrecifes sometidos a una perturbación más drástica volteados a un estado libre de algas, lo que permitió que el coral se afianzara. Excepto por las diferentes perturbaciones al comienzo del experimento, las condiciones ambientales fueron las mismas en todos los sitios.
En la región donde los dos estados se superponen, un gran impacto, como un ciclón, puede cambiar el comportamiento del sistema incluso si las condiciones, como la herbivoría, siguen siendo las mismas. Crédito:Matt Perko
Esta dinámica presenta dos desafíos para la conservación. Primero, Demuestra que restaurar un sistema alterado a su estado anterior, como rehabilitar una laguna cubierta de algas en un próspero arrecife de coral, es más difícil que simplemente mantener una comunidad en su condición inicial. Segundo, sugiere que incluso un ecosistema aparentemente saludable podría ser vulnerable a cambios dramáticos en su comunidad. Sin cambiar las condiciones en el arrecife, una sacudida lo suficientemente grande en el sistema podría cambiar un ecosistema a otro estado, donde luego permanecerá atrapado.
Afortunadamente, La metodología del estudio en sí misma ofrece una herramienta poderosa para determinar qué tan vulnerable puede ser un ecosistema para cambiar de un estado a otro. así como para evaluar cuán difícil puede ser revertir tal cambio. "Los métodos que desarrollamos proporcionan una hoja de ruta para evaluar dónde se encuentra un ecosistema en un gradiente ambiental (en nuestro caso, diferentes niveles de herbivoría) en relación con un punto de inflexión en el que el ecosistema puede cambiar de un estado persistente a otro, "dijo Andrew Brooks, científico del proyecto MSI, también coautor. También les permite determinar si este punto de inflexión se encuentra en una región de biestabilidad.
"Los arrecifes de coral se están escapando, "dijo Dan Thornhill, director del programa de Investigación Ecológica a Largo Plazo de la Fundación Nacional de Ciencias. "Estamos viendo un cambio global de los ecosistemas de arrecifes de coral vibrantes a los campos de algas. Pero estos científicos demuestran que, en las condiciones adecuadas, los arrecifes pueden recuperarse de las perturbaciones ".
