海獭在海胆贫瘠的地区保持健康的海带森林残留物

  长久以来,海獭就被认为是基石物种的典型例子,这是一种主要的掠食性动物,通过控制海胆(海藻掠食者)的种群数量来维持海带森林生态系统的平衡。

  但是,自2014年以来,加利福尼亚州的海带森林急剧下降,海带曾经繁盛的沿海大片土地现在变成了“海胆贫瘠之地”,海底布满了紫色的海胆,几乎没有其他东西。即使在拥有大量水獭的蒙特利湾,也发生了这种情况。

  2017年,加州大学圣克鲁斯分校的研究生约书亚·史密斯(Joshua Smith)着手了解原因。史密斯说:“在蒙特里湾,我们现在有一片斑驳的马赛克,没有海带的海胆贫瘠的土地与看上去很健康的海带森林直接相邻。” “我们想知道在有这么多水獭的情况下这种海胆爆发是如何发生的,水獭如何反应,这对中部海岸海带森林的命运意味着什么?”

海獭在海胆贫瘠的地区保持健康的海带森林残留物

  Smith与UCSC,美国地质调查局和蒙特利湾水族馆的海獭研究人员合作,在蒙特利半岛进行了长达三年的深入水下调查。该研究建立在对加利福尼亚沿海沿岸海獭种群和海带森林生态系统进行数十年的长期监测的基础上。

  史密斯的发现发表在3月8日的《美国国家科学院院刊》上,讲述了一个有趣的故事,说明掠食者和猎物对不断变化的条件的行为反应如何决定整个生态系统的命运。

  它始于2013年,当时爆发了一种称为海星浪费综合征的神秘疾病,该疾病使整个西海岸的海星数量减少。受灾最严重的物种是向日葵海星(Pycnopodia helianthoides),这是海胆的主要捕食者。但是根据史密斯的说法,那只是导致海胆大规模爆发的一个因素。

  他说:“我们相信有多种因素引发了海胆暴发。” “主要海胆食肉动物的损失很快就归因于气候压力导致海带生产力下降。”

  在海带森林中,海胆大多占据海底岩石礁石中的缝隙,在这里它们免受掠食者的侵害。海带碎片像森林中的落叶一样飘落到礁石上,将食物直接运送到庇护所中的海胆。

  海带壮成长,寒冷的,营养丰富的水从海洋深处沿着海岸涌入,巨型海带(中海岸的主要物种)在良好条件下每天可以生长超过1英尺。然而,在2014年,史无前例的海洋热浪袭击了东北太平洋。它被称为“斑点”,从阿拉斯加蔓延到西海岸到加利福尼亚中部。大约在同一时间,一个重大的厄尔尼诺事件使南部的海岸带上了温暖的水。

  随着所有的温水浸入海岸,海带的生长速度急剧下降。这意味着更少的海带碎屑漂流到珊瑚礁的缝隙中,海胆开始出现以寻找食物。由于没有海星在附近袭击海胆,海胆割下了活的海带叶,使海带森林变成了海胆贫瘠的土地。

  史密斯说:“事情发生得如此之快,在我们知道之前,我们已经失去了北加利福尼亚州80%的历史性海带森林覆盖率。” “我们在中央海岸也爆发了海胆,但程度不及旧金山北部地区。”

  史密斯(Smith)及其同事发现,中部海岸的海獭通过增加海胆的消费量来应对海胆的暴发,食用海胆的数量是2014年之前的三倍。贻贝和海胆),2014年以后,海獭的数量大幅增加,在蒙特雷湾南端的蒙特雷地区,从大约270只到大约432只海獭。

  但是顽固的野孩子仍然存在。仔细观察海獭的觅食行为可以解释其原因。史密斯(Smith)的小组发现,水獭在剩下的海带森林中以海胆为食,而不是在贫瘠的海胆中觅食。

  他说:“从岸上很容易看到他们反复潜水并遇到海胆。”

  潜水小组调查了这些地方以及水獭没有瞄准的区域,并收集了顽童在实验室进行检查。研究人员发现,海带床中的海胆的营养价值远高于海胆床中具有大量能量丰富的性腺的海胆。然而,在贫瘠的土地上,海胆饿了,不值得为饥饿的水獭付出努力。

  史密斯说:“有些人称它们为僵尸顽童。” “打开它们,它们就空了。因此,水獭无视海胆贫瘠的土地,而在海带森林中追寻着具有营养价值的海胆。”

  通过这样做,海獭正在帮助维护健康的海带森林地带,这些海带现在对于沿海巨型海带的持续生存至关重要。这些残留斑块产生的孢子最终可能使贫瘠的地区重新播种并恢复海带床。

  但是,仅海獭就不会破坏海胆贫瘠的土地。还需要其他一些因素来清除贫瘠的海胆,以使新的海带植物在那里生长。史密斯(Smith)说,另一只捕食者可能会帮助杀死顽固的海胆种群,疾病或什至是一场大风暴,带来巨大的海底冲刷浪潮。一些团体甚至在探索人类干预措施,派遣志愿者潜水队前往清除海胆,以恢复海带森林。

  加州大学圣克鲁斯分校的生态学和进化生物学教授兼教授马克·卡尔说,加利福尼亚州南部,中部和北部海岸的海带森林之间的差异令人震惊。卡尔是史密斯的顾问,但并非PNAS论文的合著者,多年来一直在研究西海岸的海带森林。他说,南加州的海带床并未下降到中部和北部海岸所能看到的程度。

  卡尔说:“南加州的不同之处在于,尽管他们失去了海星,但它们还有其他捕食者,例如多刺的龙虾和加利福尼亚的羊头,它们能够控制海胆的种群,并使海带森林得以持续。”

  相比之下,北加州的海带床情况要差得多。旧金山北部没有海獭可能是一个因素,但是很难说,因为形成冠层的海带的优势种类不同,牛海带(Nereocystis leutkeana)在北部占优势,巨型海带(Macrocystis pyrifera)在优势中在中部和南部海岸。

  卡尔说:“北部健康海獭种群的存在可能使那些海带森林更具韧性,但很难推测。” “掠食者的角色可能会因您身在何处而大不相同。”

  詹姆斯·埃斯特斯(James Estes)现在是UCSC的生态学和进化生物学名誉教授,在阿留申群岛上对海獭和海带森林进行的开创性研究表明,随着阿留申群岛中的水獭种群从近乎灭绝中恢复过来,水獭变成了贫瘠的海胆重新定居岛屿后,变成了海带森林。但是在中部海岸,这些互动正在以不同的方式发挥作用,在北加州可能还会有另一个结果。

  史密斯说:“这项研究不仅微调了我们对海獭在海带森林中的作用的理解,而且还强调了动物行为的重要性。” “这很大程度上是由行为驱动的-海胆将其行为转变为主动觅食,水獭选择在海带森林中捕食健康的海胆-这些行为相互作用对生态系统的整体命运具有影响。”

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