Десять років тому науковці залишили підводні структури в Палау. Авторка опинилася там, коли їх повертали.
Палау славиться своїми вражаючими та багатими кораловими рифами. Однак ці дайвери планували спуститися глибше, за межі освітлених сонцем морських спільнот, у менш відому сутінкову зону, відому як «мезофотичні коралові екосистеми».
Мезофотичний термін означає «середній» та «світло», що відображає положення цих екосистем: не під прямими сонячними променями, але й не в повній темряві, а десь посередині. Для простоти називатимемо ці спільноти, що простягаються від 30 до 150 метрів під поверхнею, «глибокими рифами».
Один з дайверів на човні зі мною був зоологом і куратором Каліфорнійської академії наук на ім’я Луїс Роча, який десятиліттями вивчав ці глибокі рифи та їхні таємниці.
«Все, що знаходиться між 30 і 150 метрами, надзвичайно маловідоме», — сказав він мені.
Оскільки ці глибокі рифи настільки мало вивчені, дослідники, подібні до Рочі, стикаються з великими питаннями. Вони хочуть отримати базове уявлення про те, що відбувається в цих екосистемах — навіть просто хто там живе! — щоб краще зрозуміти їхнє функціонування. Вони також намагаються з’ясувати, чи (і як) ці глибокі рифи можуть слугувати притулком для видів, що мешкають на мілкіших коралових рифах.
Я опинилася в Палау для подкасту Vox Unexplainable, оскільки, намагаючись зібрати більше інформації про ці загадкові місця, Роча залишив там наукові структури майже десять років тому. Ці структури поступово покрилися різноманітними морськими організмами. І тепер Роча повернувся, щоб їх забрати, сподіваючись, що він — разом з багатьма іншими вченими — зможе відкрити їх, як скриньку з науковими пазлами, повну підказок про цей недостатньо досліджений морський світ.
Що таке мезофотичний «глибокий риф»?
Одним з фактів, який часто визнається в наукових роботах та описах «мезофотичних коралових екосистем», є те, що вчені знають про них недостатньо. У статті Національного управління океанічних і атмосферних досліджень від 2019 року багато разів згадується можливість: вони можуть «служити важливим середовищем існування для економічно та екологічно значущих видів».
Дослідники, звісно, знають деякі речі. Вони знають, що ці глибокі рифи можна знайти в багатьох тих же місцях, що й мілкіші коралові рифи — переважно в тропічних і субтропічних частинах світу, таких як Мікронезія, Карибський басейн і навіть Мексиканська затока. Вони виявили, що існує багато видів, які, здається, унікальні для цих місць, і останні дослідження вказують на їхню потенційну вразливість до зміни клімату.
На мілкіших рифах тверді корали співпрацюють з фотосинтезуючими водоростями. Водорості забезпечують корали поживними речовинами, а корали виділяють матрицю з карбонату кальцію, що створює архітектуру рифу.
Однак, чим глибше, тим менше світла, і можливостей для фотосинтезу стає менше. Температура також падає. Таким чином, тварини, що живуть на глибоких рифах, — це ті, хто може вижити в тьмяному, прохолодному світі.
Чому ці місця такі таємничі?
Вчені можуть занурюватися в глибокі рифи, щоб дізнатися більше про ці малодосліджені місця — як це робить Роча — але дослідження на глибині 100 метрів вимагає більш складного і ризикованого технічного дайвінгу, ніж дослідження на мілкіших глибинах. Наприклад, чим глибше ви занурюєтеся, тим швидше гази насичують ваші тканини, що накладає обмеження на надзвичайно глибокі занурення.
«Ми маємо дуже, дуже мало часу», — каже Роча. — «І під «малим часом» я маю на увазі п’ять хвилин. Шість, сім хвилин».
За цей час вчені можуть зробити фотографії, провести деякі вимірювання або зібрати кілька зразків, але потім їм доводиться повільно підніматися, що може зайняти години, оскільки їм потрібно підніматися повільно, щоб уникнути декомпресійної хвороби.
Зрозуміло, що вивчати екосистему за п’яти-семихвилинними інтервалами не є ефективним. Люди також використовували дистанційно керовані апарати та підводні апарати для дослідження глибоких рифів, але вони мають свої недоліки, а камери не завжди можуть зафіксувати всю бажану деталізацію або сфотографувати більш скритних тварин. Тому в наукових знаннях про ці екосистеми залишаються величезні прогалини.
«Щоразу, коли ми кудись вирушаємо», — каже Роча, — «перше, що ми знаходимо, — це нові види. … Це найбазовіша річ у науці, яку можна зробити». Але ці зусилля виходять за рамки простої каталогізації нових видів риб, губок чи морських слимаків.
Роча хоче відповісти на, здавалося б, фундаментальні питання, такі як: Яке основне джерело енергії для всього тут, у тьмяному світлі? Як виглядає харчовий ланцюг? Як речі еволюціонували, щоб жити на таких глибинах? Наскільки вони схожі на мілкі екосистеми, і наскільки відрізняються? Як на них впливає зміна клімату — і який найефективніший спосіб їх захистити?
Однак, «у деяких відношеннях ми навіть не знаємо, які питання ставити», — каже Роча. — «Ми справді знаємо, які питання ставити, лише після того, як матимемо базове розуміння того, що таке екосистема. А для глибоких рифів ми цього ще не знаємо».
Новий спосіб розуміння глибоких рифів за допомогою «збірних будинків»
Роча не зупиняється перед величезною кількістю невизначеностей, що оточують ці глибокі рифи. Протягом багатьох років він збирав базову інформацію про них, часто за допомогою коротких занурень.
Однак близько десяти років тому Роча зацікавився іншим методом дослідження біорізноманіття такого типу морських екосистем — технікою, що включає «автономні структури для моніторингу рифів» (ARMS).
По суті, кожна ARMS — це стопка кількох пластин з ПВХ, розташованих на однакових відстанях і прикріплених до базової пластини. Вони виглядають як маленькі сірі, невиразні готелі. Ви відносите їх до місця, яке хочете дослідити, опускаєте, закріплюєте, а потім залишаєте на деякий час, щоб вони зібрали… життя.
«Як тільки ви опускаєте будь-яку чисту структуру на риф», — каже Роча, — «вона починає заселятися личинками всього навколо — губок, горгонарій, коралів. А потім, оскільки між пластинами є багато схованок — як між поверхами готелю — вони починають заселятися креветками, молюсками, асцидіями, будь-чим, що можна уявити в океані. … І це стає таким собі стабільним, різноманітним міні-рифом, що містить багато біорізноманіття, яке було б дуже важко зібрати одночасно в будь-якому окремому рифі».
Через кілька років після першого занурення ви повертаєтеся, забираєте ARMS і досліджуєте міні-риф, що виріс на них. Ви можете вивчати, торкатися та аналізувати все, що завгодно.
Це не лише дуже ефективний спосіб зібрати багато істот одночасно, але й чудовий спосіб зробити це стандартизовано. Якби ви спустилися — або відправили робота — щоб зібрати вкритий наростами камінь з рифу, ви б багато дізналися про життя на ньому, але було б важко порівняти життя на цьому камені з життям на інших каменях з інших рифів, або навіть з того самого рифу, оскільки кожен камінь мав би свої унікальні характеристики. З ARMS все інакше.
« Усі вони однакові», — сказав мені Кріс Мейєр, директор глобальної програми ARMS Смітсонівського інституту, — «Це збірні будинки, а потім ви просто дивитеся, хто заселився».
Для Рочі це був чудовий спосіб отримати реалістичне, довготривале уявлення про глибокі рифи, замість коротких поглядів, які він отримував під час дайвінгу. Це також, за його словами, було досить дешево в розгортанні. Тож з 2016 по 2018 рік, за рахунок приватного фінансування, він та його колеги залишили ARMS у глибоких рифах навколо Палау — а також у Гуамі, Маршаллових островах та Французькій Полінезії. Вони встановили деякі на глибині близько 50 метрів, деякі — близько 100, а деякі — близько 10 метрів, щоб порівняти глибокі рифи з їхніми мілкішими сусідами.
Після цього він чекав.
Насправді, він чекав трохи довше, ніж хотів би, тому що повернення ARMS було дорожчим, ніж їхнє встановлення, тому йому довелося шукати більше фінансування.
Зрештою, приватні спонсори погодилися профінансувати повернення ARMS, які залишив Роча. Так він і його колеги-дайвери знову опинилися на човні в Палау, готові підняти ці структури з глибини.
Відкриття наукового пазла
Протягом кількох днів я спостерігала, як ціла команда людей витягує кілька ARMS з глибоких рифів Палау. Деякі ARMS були відносно порожніми, але інші були майже пухнастими від організмів — яскраво-червоними, оранжевими, зеленими, рожевими та білими. Одна мала величезну губку, прикріплену до неї, інша мала кілька делікатних відростків, що звисали, як коралові папороті. ARMS, зібрані щодня, доставлялися до Міжнародного центру коралових рифів Палау в контейнерах з морською водою, де вчені швидко розпочинали роботу — спостерігаючи та торкаючись (і нюхаючи) цю загадкову екосистему зблизька.
Процес виявився настільки ж магічно захоплюючим, наскільки й добре злагодженою лінією збирання, яка працювала на крекерах Cheez-It. Після того, як пластини були розібрані, Мейєр фотографував їх — це був «архів часу», як він це називав. Інші в лабораторії ретельно просіювали лотки з уламками, шукаючи дрібних крабів, черв’яків та молюсків, або зчищали зразки з пластин і поміщали їх у пробірки.
Вони зібрали морських асцидій, які вважаються нашими найближчими безхребетними родичами. Вони зібрали губки — плоскі, що здавалися сухими під водою, товсті з щетинками, як крихітні нерухомі гусениці, одна тонка, як шкіра, пронизана сріблястими нитками. Вони зібрали дивні м’які корали, відомі як «октокорали», і зібрали колонії тварин, що називаються бріозоями, які створювали візерунки, схожі на двовимірні стільники.
«Ми шукаємо кожну унікальну річ, яку ми називаємо морфовидом», — пояснила Сара Твідт, біолог-дослідник Смітсонівського національного музею природничої історії. — «І ми намагаємося отримати репрезентативні зразки тканин від усіх цих речей, щоб ми могли секвенувати ДНК — і зіставити ДНК з організмом».
Звісно, це за умови, що вже є відома генетична відповідність у наших існуючих бібліотеках ДНК.
«Ми шукаємо кожну унікальну річ, яку ми називаємо морфовидом», — пояснила Сара Твідт, біолог-дослідник Смітсонівського національного музею природничої історії. — «І ми намагаємося отримати репрезентативні зразки тканин від усіх цих речей, щоб ми могли секвенувати ДНК — і зіставити ДНК з організмом».
Звісно, це за умови, що вже є відома генетична відповідність у наших існуючих бібліотеках ДНК.
Більшість тварин були складнішими для ідентифікації. Дослідники робили все можливе, щоб визначити знайдені істоти, але навіть зараз, через кілька місяців, ще багато роботи попереду. З майже 3 000 зразків лише невелика частина була ідентифікована на рівні виду. Цифри трохи неточні, оскільки дослідники все ще обробляють дані, але коли я спілкувалася з постдокторантом Каліфорнійської академії, який працює над проєктом, Susanne Bähr, у липні, вона повідомила, що лише 3% зразків були ідентифіковані за видом, а менш як 20 отримали позначення роду. Набагато більше були ідентифіковані лише на вищих, ширших таксономічних рівнях. Генетичне тестування зразків, у поєднанні з фотографіями та описами зразків, допоможе людям визначити більш конкретні види, а також визначити, чи є певні види новими для науки.
Окрім відкриття нових видів… та наближення до розгадки великої головоломки
Найважливіші аспекти цієї роботи включатимуть більше, ніж просто ідентифікацію видів. Насправді, чим більше часу я проводила з цими дослідниками в лабораторії (включно з одним вечором, коли вони працювали до півночі), тим більше я відчувала, що, хоча вони й раділи бачити нові види, вони однаково захоплювалися спостереженням за взаємозв’язками між тваринами.
Коли я одного разу зайшла до лабораторії, кілька людей запросили мене підійти й подивитися через мікроскоп на краба-помпона — крихітну жовту ракоподібну істоту, що тримає в модифікованих передніх клешнях фіолетові анемони. Твідт була в захваті, коли знайшла те, що називається «скелетним креветком», що мені нагадало морський еквівалент паличної комахи, яка ховається на чомусь, що називається гідроїдом. Вона також відвела мене вбік близько першої години ночі, щоб показати «глазур на торті» дня, якою виявилися яскраві червоні морські равлики та яскраво-червоні октокорали, на яких вони, здавалося, жили.
Як вона висловилася в подальшій розмові, ці взаємозв’язки, багато в чому, є ключовим висновком цього проєкту ARMS і відрізняють його від зусиль зі збору кількох окремих зразків одночасно. Їхнє вивчення, або навіть просто розгляд повнішої картини, яку надають ARMS, дозволить дослідникам вирішити деякі невирішені питання щодо цих екосистем. Наприклад, Беєр вже працює з даними з ARMS, витягнутих у Гуамі, намагаючись проаналізувати, наскільки велике перекриття (або його відсутність) існує між видами на різних глибинах у глибоких рифах.
Насправді, все це лише початок. В одній з наших розмов Роча порівняв роботу, яку вони зараз проводять, з екологічною роботою середини 20-го століття з вивчення того, як вертикальний розподіл видів змінюється при підйомі вгору по горі. Це змусило мене усвідомити, наскільки відстають дослідники, які працюють над мезофотичними глибокими рифами, порівняно з їхніми колегами, які працюють, скажімо, над мілкішими кораловими рифами. Я запитала його, що його спонукає працювати над такою складною головоломкою.
«Це винагорода в кінці», — сказав він, — «Якщо це складна головоломка, то винагорода в кінці завжди більша».
«Але… за нашого життя ми складемо головоломку глибоких рифів?» — запитала я.
«Ні, ми не складемо головоломку, ні», — сказав Роча, — «але ми створимо кілька хороших шматків для наступного покоління, щоб скласти».
Оригінал статті: www.vox.com