Merilajien haavoittuvuus valtamerten happamoitumiselle (OA) ja valtamerten lämpenemiselle (OW): Kattava yleiskatsaus

Johdanto
Valtamerien happamoituminen (OA) ja valtamerten lämpeneminen (OW) ovat kaksi toisiinsa liittyvää stressitekijää, jotka muokkaavat meriekosysteemejä. OA vähentää kalkkeutuvien organismien kuorien ja luurankojen rakentamiseen tarvittavien karbonaatti-ionien saatavuutta, kun taas OW muuttaa aineenvaihdunnan nopeuksia, levinneisyyttä, fenologiaa ja meriyhteisöjen rakennetta. Yhdessä nämä stressitekijät voivat vahvistaa toistensa vaikutuksia ja uhata luonnon monimuotoisuutta, ekosysteemipalveluita ja terveisiin valtameriin liittyviä toimeentuloja. Tässä artikkelissa tarkastellaan laajaa valikoimaa merieliöstöjä tunnistaakseen, mitkä lajit ja ryhmät ovat alttiimpia OA:lle ja OW:lle, haavoittuvuutta ohjaavat mekanismit ja epävarmuustekijät, jotka muokkaavat ymmärrystämme. Yhdistämällä nykyisiä tieteellisiä havaintoja keskustelu korostaa sekä vakiintuneita malleja että alueita, joilla tarvitaan lisää tutkimusta luonnonsuojelun ja politiikan tueksi.

Sisällysluettelo

• Kalkkiutujien haavoittuvuus
• Kalastuksesta riippuvaisten lajien alttius
• Koralliriuttojen yhteisöjen haavoittuvuus
• Planktoniset organismit ja alkutuotanto
• Liikkuvat pelagiset lajit ja muuttoliike
• Pohjaeliöstö ja sedimenttieläimistö
• Ekosysteemi-insinöörit ja elinympäristönmuodostajat
• Nilviäiset kaksoisstressin alaisina
• Piikkinahkaiset happamoituneissa vesissä
• Äyriäiset ja kuoren kuluttajat
• Käyttäytymis- ja fysiologiset herkkyydet
• Alueelliset kuumat pisteet ja ilmastogradienttit
• Sosioekonomiset vaikutukset ja sopeutuvat vastaukset
• Tiedon puutteet ja tutkimustarpeet

Kalkkiutujien haavoittuvuus
Kalkkiutumiseen vaikuttavat organismit, kuten korallit, nilviäiset (osterit, simpukat ja muut simpukat) ja jotkut piikkinahkaiset, ovat alttiimpia OA:lle, koska ne vaikuttavat suoraan kemiallisesti kalsiumkarbonaatin muodostumiseen. Aragoniitin ja kalsiitin kyllästystila heikkenee, kun CO2 liukenee meriveteen, mikä tekee kuoren ja luurangon tuotannosta energeettisesti kalliimpaa tai jopa mahdotonta joissakin olosuhteissa. OA voi myös heikentää olemassa olevia kuoria lisääntyneen liukenemisen kautta, hidastaa kasvuvauhtia ja heikentää luuston lujuutta. Monilla alueilla nuoret yksilöt ovat erityisen herkkiä, mikä voi muuttaa rekrytointimalleja ja populaation pitkän aikavälin elinkelpoisuutta. Kalkkiutumiseen liittyvien suorien haasteiden lisäksi OA voi vuorovaikutuksessa lämpöstressin kanssa pahentaa kuolleisuutta, tautialttiutta ja lisääntymishäiriöitä. Meren lämpeneminen pahentaa näitä riskejä muuttamalla toukkien leviämistä, asettumismerkkejä ja elinympäristön soveltuvuutta, mikä voi kiihdyttää elämänvaiheiden ja käytettävissä olevien elinympäristöjen välistä epäsuhtaa.

Kalastuksesta riippuvaisten lajien alttius
Laaja joukko kalastuksen kohteena olevia lajeja – mukaan lukien nilviäiset, kalkkeutuneet kalat ja äyriäiset – on lisääntyneessä vaarassa liikakalastuksen ja luonnonmullistusten aikana. Simpukoiden ja kotiloiden heikentynyt kuoren eheys voi heikentää selviytymistä saalistuksen ja ympäristön vaihteluiden aikana, mikä vaikuttaa saaliiseen. Pelagisten ja pohjakalojen kasvuvauhti, aineenvaihdunta ja kutuajat voivat olla epäsuhtaisia ​​saaliin saatavuuden kanssa. Joillakin lajeilla lämpenevät lämpötilat edistävät levinneisyysalueiden siirtymistä viileämpiin vesiin, mikä johtaa taloudellisiin ja kulttuurisiin vaikutuksiin rannikkoyhteisöille, jotka ovat riippuvaisia ​​perinteisistä kalastusalueista. Keskeinen huolenaihe on liikakalastuksen ja luonnonmullistusten mahdollisuus vaikuttaa liikakalastukseen, elinympäristöjen tilan heikkenemiseen ja saastumiseen, mikä pahentaa selviytymiskykyä ja lisää kantojen vähenemisen riskiä.

Koralliriuttojen yhteisöjen haavoittuvuus
Koralliriuttojen ekosysteemit ovat haavoittuvia merileville (OA) ja valtamerille, koska ne ovat riippuvaisia ​​kalsiumkarbonaattirungoista ja herkkiä lämpötilapoikkeamille. Meren lämpeneminen edistää korallien haalistumista aiheuttamalla stressiä, joka aiheuttaa symbioottisten levien (zooxanthellae) karkottamisen, vähentää energiabudjetteja ja lisää kuolleisuutta helleaaltojen aikana. Merilevä heikentää korallirunkoja ja kasvua, mikä vähentää rakenteellista monimutkaisuutta, joka ylläpitää monimuotoisia kalojen ja selkärangattomien eliöyhteisöjä. Yhdistetyt stressitekijät uhkaavat riuttojen lisääntymistä, toipumista häiriöiden jälkeen ja kriittisten palvelujen, kuten rannikkojen suojelun, kalastuksen ja matkailun, tarjoamista. Kaskadivaikutukset leviävät trofisten vuorovaikutusten kautta muuttaen petoeläin-saalis-dynamiikkaa, kilpailua ja riippuvaisten lajien elinympäristöjen saatavuutta.

Planktoniset organismit ja alkutuotanto
Kasviplankton ja eläinplankton ovat merten ravintoverkkojen ja biogeokemiallisten kiertojen perusta. Meriohut kasviplankton voi muuttaa fotosynteesiä ja kalkkeutumista joissakin kasviplanktonryhmissä, mikä voi johtaa lajikoostumuksen ja tuottavuuden muutoksiin. Kalkkiutuva plankton, kuten kokolitoforit, kalkkipitoiset ripsieläimet ja tietyt huokoseläimet, voi kokea vähentynyttä kalkkeutumista ja muutoksia yhteisörakenteessa. Nämä muutokset voivat kasaantua korkeammille trofiatasoille, vaikuttaen kasvinsyöjiin ja petoeläimiin, jotka ovat riippuvaisia ​​planktonin tukemista reiteistä. Toisaalta osa ei-kalkkiutuvasta kasviplanktonista voi menestyä meriohut kasvin ja meriohut kasvinsuojelun alaisena, mikä voi muuttaa hiilen kiertoa ja ekosysteemin tuottavuutta. Vaikutukset ovat kontekstista riippuvia ja vaihtelevat ravinnejärjestelmien, valon ja lämpötilan mukaan, mikä tekee ennusteista monimutkaisia.

Liikkuvat pelagiset lajit ja muuttoliike
Liikkuvuusalttiit lajit, kuten tonnikalat, nokkakalat ja pelagiset hait, saattavat reagoida luonnonmullistukseen siirtämällä levinneisyyttään seuratakseen haluamiaan lämpölokeroita. Vaikka liikkuvuus tarjoaa puskurin paikallisia luonnonmullistuksen vaikutuksia vastaan, luonnonmullistus voi silti vaikuttaa saaliin jakautumiseen, muuton ajoitukseen ja liikkumisen energeettisiin kustannuksiin. Joillakin pelagisilla lajeilla voi olla epäsuhtaa saaliin saaliin saaliin saatavuudessa, jos perustuotanto siirtyy eri alueiden tai vuodenaikojen välillä. Lisäksi luonnonmullistus voi vaikuttaa toukkien ja nuorten yksilöiden kehitykseen ja suorituskykyyn lajeilla, joilla on monimutkaiset elinkaaret, mikä vaikuttaa rekrytointimenestykseen ja populaatioiden kehityskulkuihin.

Pohjaeliöstö ja sedimenttieläimistö
Pohjalla elävät eliöt, kuten monisukasmadot, simpukat, brittlestar-simpukat ja tietyt äyriäiset, kokevat OA:n suoraan sedimentin ja veden rajapinnassa. Sedimentin kemia ja happiolosuhteet moduloivat OA:n vaikutuksia; jotkut lajit saattavat sietää alhaisempaa pH:ta paremmin kuin toiset, kun taas toisilla on hidastunut kasvu, muutokset lisääntymisessä tai lisääntynyt kuolleisuus. Lämpötilan nousu voi voimistaa aineenvaihdunnan vaatimuksia ja stressivasteita. Sedimentissä elävät yhteisöt vaikuttavat myös biogeokemiallisiin prosesseihin, kuten ravinteiden kiertoon ja hiilensidontaan, mikä tarkoittaa, että niiden väheneminen voi muuttaa ekosysteemin toimintaa ja elinympäristön rakennetta muille eliöille.

Ekosysteemi-insinöörit ja elinympäristönmuodostajat
Elinympäristöjä luovat tai muokkaavat organismit – kuten korallit, merilevät, meriheinät ja jotkut simpukat – ovat ratkaisevan tärkeitä luonnon monimuotoisuuden ja ekosysteemipalveluiden ylläpitämiselle. OA ja OW uhkaavat näiden elinympäristöjen eheyttä ja pysyvyyttä heikentämällä rakenteellisia komponentteja, muuttamalla kasvuvauhtia ja siirtämällä lajien vuorovaikutusta yhteisöissä, jotka ovat riippuvaisia ​​insinööreistä. Elinympäristön muodostajien häviäminen tai heikentyminen vähentää monien lajien suoja-alueita, poikaskasvualueita ja ruokailualueita, mikä lisää haavoittuvuutta koko ekosysteemissä.

Nilviäiset kaksoisstressin alaisina
Nilviäiset, kuten osterit, simpukat, kampasimpukat ja sinisimpukat, kohtaavat suoria nivelrikkoon liittyviä haasteita kuorenmuodostukselle, mikä voi heikentää selviytymistä, kasvua ja suodatuskykyä. Yhdessä luonnonmullan kanssa aineenvaihduntakustannukset nousevat, toukkien kehitys voi hidastua ja tautien dynamiikka voi muuttua. Tämä yhdistelmä on erityisen huolestuttava vesiviljelylle ja luonnonpopulaatioille, jotka ovat riippuvaisia ​​kuoren eheydestä riuttojen ja pohjavesien suojan ja rakenteellisen vakauden kannalta.

Piikkinahkaiset happamoituneissa vesissä
Piikkinahkaiset – mukaan lukien merisiilit, meritähdet ja käärmetähdet – ovat riippuvaisia ​​kalkkipitoisista endoskeletaalisista osista, joita nivelrikko voi heikentää. Nivelrikko voi heikentää luustoa ja vaikuttaa toukkien kehitykseen, asettumiseen ja poikasten selviytymiseen. Jotkut piikkinahkaiset osoittavat sitkeyttä tietyissä yhteyksissä, mutta kaiken kaikkiaan huolta aiheuttaa keskeisten lajien väheneminen, jotka vaikuttavat yhteisörakenteeseen ja peto-saalis-dynamiikkaan, erityisesti alueilla, joilla on voimakasta happamoitumista.

Äyriäiset ja kuoren kuluttajat
Äyriäiset, kuten ravut, hummerit ja katkaravut, kohtaavat nivelrikkoon liittyviä haasteita tukirangan kalkkeutumisessa ja sulkasadon prosesseissa. Vaikka jotkut äyriäiset saattavat sietää nivelrikkoa tietyissä elämänvaiheissa, toiset kasvavat hitaasti, sulkasadon alkaminen viivästyy ja ovat alttiimpia saalistukselle ohuempien tai heikompien kuorien vuoksi. Lima voi muuttaa elinympäristön käyttöä ja saaliin saatavuutta, mikä vaikuttaa energiatasoihin ja lisääntymismenestykseen. Nivelrikon vuorovaikutus yleisten stressitekijöiden, kuten hypoksian ja saasteiden, kanssa muokkaa edelleen haavoittuvuusmalleja.

Käyttäytymis- ja fysiologiset herkkyydet
Rakenteellisten haasteiden lisäksi osteoartriitti ja OW vaikuttavat eri lajien käyttäytymiseen, aistihavaintoihin ja fysiologiaan. Kemosensoristen vihjeiden muutokset voivat vaikuttaa ravinnonetsintään, suuntautumiseen ja saalistajien välttämiseen. Aineenvaihdunnan nopeuden muutokset, happo-emästasapainon säätelyn haasteet ja stressivasteet voivat vaikuttaa kasvuun, lisääntymiseen ja selviytymiseen. Näillä subletaalisilla vaikutuksilla voi olla populaatiotasolla seurauksia, erityisesti silloin, kun ne muuttavat kriittisiä elämänhistorian piirteitä tai häiritsevät elinympäristön valinnassa ja lisääntymisessä käytettyjä ympäristövihjeitä.

Alueelliset kuumat pisteet ja ilmastogradienttit
Haavoittuvuus ei ole maailmanlaajuisesti yhtenäinen. Alueilla, joilla on luonnostaan ​​alhaisempi karbonaattisaturaatio, suuri makean veden syöttö tai voimakas CO2-virtaus – kuten napa-alueilla ja kumpuamisvyöhykkeillä – on taipumus voimakkaampiin oktaaniutumisen vaikutuksiin. Matalissa, hyvin valaistuissa vesissä sijaitsevilla koralliriutoilla voi esiintyä nopeaa oktaaniutumisen aiheuttamaa kalkkeutumisen vähenemistä, kun taas polaariset ja subpolaariset ekosysteemit kohtaavat samanaikaisia ​​lämpötilan ja merijään muutoksia. Kumpuamisalueet voivat tuottaa paljon CO2-pitoisuutta ja matalan pH:n vettä, mikä pahentaa paikallisyhteisöjen stressiä. Vuorovaikutus paikallisten stressitekijöiden (saastuminen, liikakalastus, elinympäristöjen tuhoutuminen) kanssa määrittää lajien ja ekosysteemien nettohaavoittuvuuden ja sopeutumiskyvyn.

Sosioekonomiset vaikutukset ja sopeutuvat vastaukset
Merilajien haavoittuvuudella OA:lle ja OW:lle on suoria ja epäsuoria seurauksia ihmisyhteisöille. Kalastuksen tuotot, vesiviljelyn tuottavuus, matkailu ja rannikkojen suojelu riippuvat kestävistä ekosysteemeistä. Sopeutuviin toimiin kuuluvat vesiviljelylajien avustettu jalostus ja valikoiva jalostus, heikentyneiden elinympäristöjen ennallistaminen, paikallisten stressitekijöiden vähentäminen ja ilmastoälykkään kalastuksenhoidon kehittäminen. Integroidut lähestymistavat, joissa yhdistyvät hiilidioksidipäästöjen vähentäminen sopeutumis- ja suojelusuunnitteluun, tarjoavat parhaat mahdollisuudet vähentää kielteisiä vaikutuksia. Yleisön tietoisuus, poliittiset puitteet ja kansainvälinen yhteistyö ovat välttämättömiä tieteellisten näkemysten yhdenmukaistamiseksi käytännön hallinnon kanssa.