Ranljivost morskih vrst za zakisanje oceanov (OA) in segrevanje oceanov (OW): celovit pregled

Uvod
Zakisanje oceanov (OA) in segrevanje oceanov (OW) sta dva medsebojno povezana stresorja, ki preoblikujeta morske ekosisteme. OA zmanjšuje razpoložljivost karbonatnih ionov, potrebnih za kalcifikacijo organizmov za gradnjo lupin in okostij, medtem ko OW spreminja presnovo, porazdelitev, fenologijo in strukturo morskih združb. Skupaj lahko ta stresorja medsebojno okrepita učinke, kar ogroža biotsko raznovrstnost, ekosistemske storitve in preživetje, povezano z zdravimi oceani. Ta članek obravnava širok spekter morskih taksonov, da bi ugotovil, katere vrste in skupine so najbolj ranljive za OA in OW, mehanizme, ki spodbujajo ranljivost, in negotovosti, ki oblikujejo naše razumevanje. Z združevanjem trenutnih znanstvenih ugotovitev razprava izpostavlja tako dobro uveljavljene vzorce kot področja, kjer je potrebnih več raziskav za obveščanje o ohranjanju narave in politiki.

Kazalo vsebine

• Ranljivost kalcifikatorjev
• Občutljivost vrst, odvisnih od ribolova
• Ranljivost v skupnostih koralnih grebenov
• Planktonski organizmi in primarna produkcija
• Mobilne pelagične vrste in migracije
• Bentos in favna, ki živi v sedimentih
• Inženirji ekosistemov in oblikovalci habitatov
• Mehkužci pod dvojnim stresom
• Iglokožci v zakisanih vodah
• Raki in porabniki školjk
• Vedenjske in fiziološke občutljivosti
• Regionalne žarišča in podnebni gradienti
• Socioekonomske posledice in prilagodljivi odzivi
• Vrzeli v znanju in raziskovalne potrebe

Ranljivost kalcifikatorjev
Kalcificirajoči organizmi, kot so korale, mehkužci (ostrige, školjke, klapavice) in nekateri iglokožci, so med najbolj ranljivimi za OA zaradi neposrednega kemičnega vpliva na nastajanje kalcijevega karbonata. Stanje nasičenosti aragonita in kalcita se zmanjšuje, ko se CO2 raztopi v morski vodi, zaradi česar je proizvodnja lupin in okostja energetsko dražja ali v nekaterih pogojih celo neizvedljiva. OA lahko zaradi povečanega raztapljanja tudi erodira obstoječe lupine, zmanjša stopnje rasti in poslabša trdnost okostja. V mnogih regijah so mladične faze še posebej občutljive, kar lahko spremeni vzorce novačenja in dolgoročno preživetje populacije. Poleg neposrednih izzivov kalcifikacije lahko OA vpliva na toplotni stres in poslabša umrljivost, dovzetnost za bolezni in reproduktivno neuspeh. Segrevanje oceanov ta tveganja še povečuje s spreminjanjem razpršitve ličink, znakov naselitve in primernosti habitata, kar lahko pospeši neskladja med življenjskimi fazami in razpoložljivimi habitati.

Občutljivost vrst, odvisnih od ribolova
Širok spekter vrst, na katere ciljajo ribiči – vključno z mehkužci, ribami s kalcificiranimi strukturami in raki – se sooča s povečanim tveganjem zaradi okoljskega in naravnega okolja (OA) v povezavi s prelovom (OW). Pri školjkah in polžeh lahko zmanjšana celovitost lupine zmanjša preživetje med plenjenjem in okoljskimi nihanji, kar vpliva na donos. Pri pelagičnih in pridnenih ribah se lahko pojavijo spremenjene stopnje rasti, presnova in neusklajeni časi drstenja z razpoložljivostjo plena. Pri nekaterih vrstah segrevanje temperatur spodbuja premik območja razširjenosti v hladnejše vode, kar ima za posledico gospodarske in kulturne vplive na obalne skupnosti, ki so odvisne od tradicionalnih ribolovnih območij. Ključna skrb je možnost interakcije med OA in OW s prekomernim ribolovom, degradacijo habitatov in onesnaževanjem, kar povečuje omejitve odpornosti in povečuje tveganje za upad staleža.

Ranljivost v skupnostih koralnih grebenov
Ekosistemi koralnih grebenov so zaradi svoje odvisnosti od okostij iz kalcijevega karbonata in občutljivosti na temperaturne anomalije ranljivi za okolje (OA) in okoljevarstveno neravnovesje (OW). Segrevanje oceanov spodbuja beljenje koral, saj povzroča stres, ki povzroči izgon simbiotskih alg (zooksantel), zmanjšuje energijske rezerve in povečuje umrljivost med vročinskimi valovi. OA slabi okostja in rast koral, kar zmanjšuje strukturno kompleksnost, ki podpira raznolike združbe rib in nevretenčarjev. Kombinirani stresorji ogrožajo rast grebenov, okrevanje po motnjah in zagotavljanje kritičnih storitev, kot so zaščita obal, ribištvo in turizem. Kaskadni učinki se širijo prek trofičnih interakcij, spreminjajo dinamiko plenilcev in plenov, konkurenco ter razpoložljivost habitatov za odvisne vrste.

Planktonski organizmi in primarna produkcija
Fitoplankton in zooplankton sta temelj morskih prehranjevalnih mrež in biogeokemičnih ciklov. OA lahko spremeni fotosintezo in kalcifikacijo v nekaterih skupinah fitoplanktona, kar lahko povzroči spremembe v sestavi vrst in produktivnosti. Kalcificirajoči plankton, kot so kokolitofori, migetalke z apnenčastimi strukturami in nekatere foraminifere, lahko doživi zmanjšano kalcifikacijo in spremembe v strukturi združbe. Te spremembe se lahko prenesejo na višje trofične ravni in prizadenejo rastlinojedce in plenilce, ki se zanašajo na poti, ki jih podpira plankton. Nasprotno pa lahko nekateri nekalcificirajoči fitoplankton uspeva pod OA in OW, kar lahko spremeni kroženje ogljika in produktivnost ekosistema. Učinki so odvisni od konteksta in se spreminjajo glede na režime hranil, svetlobo in temperaturo, zaradi česar so napovedi zapletene.

Mobilne pelagične vrste in migracije
Vrste z visoko mobilnostjo, vključno s tuni, pahuljami in pelagičnimi morskimi psi, se lahko na OW odzovejo s preusmerjanjem porazdelitve, da bi sledile prednostnim termičnim nišam. Čeprav mobilnost ponuja blažilec lokalnih učinkov OA, lahko OW še vedno vpliva na porazdelitev plena, čas migracije in energijske stroške gibanja. Nekatere pelagične vrste lahko doživljajo neusklajenosti z razpoložljivostjo plena, če se primarna proizvodnja premakne v različnih regijah ali letnih časih. Poleg tega lahko OW vpliva na razvoj in delovanje ličink in mladic pri vrstah s kompleksnimi življenjskimi cikli, kar vpliva na uspeh novačenja in poti populacij.

Bentos in favna, ki živi v sedimentih
Pridneni organizmi, kot so mnogoščetinci, školjke, krhke zvezde in nekateri raki, doživljajo okostno oksidacijo (OA) neposredno na vmesniku med usedlinami in vodo. Kemija usedlin in kisikove razmere modulirajo vplive OA; nekatere vrste lahko bolje prenašajo nižji pH kot druge, medtem ko druge kažejo zmanjšano rast, spremenjeno razmnoževanje ali povečano umrljivost. Povišanje temperature lahko okrepi presnovne zahteve in odzive na stres. Združbe, ki živijo v usedlinah, vplivajo tudi na biogeokemične procese, vključno s kroženjem hranil in sekvestracijo ogljika, kar pomeni, da lahko njihov upad spremeni delovanje ekosistema in strukturo habitata za druge organizme.

Inženirji ekosistemov in oblikovalci habitatov
Organizmi, ki ustvarjajo ali spreminjajo habitate – kot so korale, alge, morske trave in nekatere školjke – so ključnega pomena za ohranjanje biotske raznovrstnosti in ekosistemskih storitev. OA in OW ogrožata celovitost in obstojnost teh habitatov z oslabitvijo strukturnih komponent, spreminjanjem stopenj rasti in spreminjanjem interakcij med vrstami znotraj skupnosti, ki so odvisne od inženirjev. Izguba ali degradacija tvorcev habitatov zmanjšuje zatočišča, območja za drstenje in prehranjevanje številnih vrst, kar povečuje ranljivost v celotnem ekosistemu.

Mehkužci pod dvojnim stresom
Mehkužci, kot so ostrige, školjke, pokrovače in klapavice, se soočajo z neposrednimi izzivi, povezanimi z OA, pri oblikovanju lupin, kar lahko zmanjša preživetje, rast in zmogljivosti filtracije. V kombinaciji z OW se povečajo presnovni stroški, razvoj ličink se lahko upočasni, dinamika bolezni pa se lahko spremeni. Ta kombinacija je še posebej zaskrbljujoča za akvakulturne dejavnosti in naravne populacije, ki se za zaščito in strukturno stabilnost grebenov in dna zanašajo na celovitost lupin.

Iglokožci v zakisanih vodah
Iglokožci – vključno z morskimi ježki, morskimi zvezdami in morskimi ježki – se zanašajo na apnenčaste endoskeletne komponente, ki jih lahko ogrozi OA. OA lahko oslabi skeletne strukture in vpliva na razvoj ličink, naselitev in preživetje mladic. Nekateri iglokožci kažejo odpornost v določenih kontekstih, vendar na splošno obstaja zaskrbljenost zaradi upada ključnih vrst, ki vplivajo na strukturo združbe in dinamiko plenilec-plen, zlasti na območjih z izrazito zakisljenostjo.

Raki in porabniki školjk
Raki, kot so raki, jastogi in kozice, se soočajo z izzivi, povezanimi z OA, zaradi eksoskeletne kalcifikacije in procesov levitve. Medtem ko nekateri raki v določenih življenjskih fazah kažejo toleranco na OA, drugi kažejo zmanjšano rast, zapoznelo levitev in večjo ranljivost za plenjenje zaradi tanjših ali šibkejših oklepov. OW lahko spremeni rabo habitata in razpoložljivost plena, kar vpliva na energijski proračun in reproduktivni uspeh. Interakcija OA s pogostimi stresorji, kot sta hipoksija in onesnaženje, dodatno oblikuje vzorce ranljivosti.

Vedenjske in fiziološke občutljivosti
Poleg strukturnih izzivov OA in OW vplivata na vedenje, senzorično zaznavanje in fiziologijo pri različnih vrstah. Spremembe kemosenzoričnih znakov lahko vplivajo na iskanje hrane, orientacijo in izogibanje plenilcem. Spremembe hitrosti presnove, težave z uravnavanjem kislinsko-baznega ravnovesja in odzivi na stres lahko vplivajo na rast, razmnoževanje in preživetje. Ti subletalni učinki imajo lahko posledice na ravni populacije, zlasti kadar spremenijo ključne lastnosti življenjskega cikla ali motijo ​​okoljske znake, ki se uporabljajo za izbiro habitata in razmnoževanje.

Regionalne žarišča in podnebni gradienti
Ranljivost ni enotna po vsem svetu. Regije z naravno nižjo nasičenostjo s karbonatom, visokim vnosom sladke vode ali intenzivnim pretokom CO2 – kot so polarne regije in območja dvigovanja morskega zraka – običajno kažejo močnejše vplive okoljskega oksidacije (OA). Koralni grebeni v plitvih, dobro osvetljenih vodah lahko doživljajo hiter upad kalcifikacije zaradi OA, medtem ko se polarni in subpolarni ekosistemi soočajo s hkratnimi spremembami temperature in morskega ledu. Območja dvigovanja morskega zraka lahko prinesejo vodo z visoko vsebnostjo CO2 in nizkim pH, kar še poveča obremenitev lokalnih skupnosti. Interakcija z lokalnimi stresorji (onesnaževanje, prekomerni ribolov, uničevanje habitatov) določa neto ranljivost in prilagoditveno sposobnost vrst in ekosistemov.

Socioekonomske posledice in prilagodljivi odzivi
Ranljivost morskih vrst na okolje in okolje ima neposredne in posredne posledice za človeške skupnosti. Donosnost ribištva, produktivnost akvakulture, turizem in zaščita obal so odvisni od odpornih ekosistemov. Prilagodljivi odzivi vključujejo programe podprte vzreje in selektivne vzreje za vrste iz akvakulture, obnovo degradiranih habitatov, zmanjšanje lokalnih stresorjev in razvoj podnebju prilagojenega upravljanja ribištva. Celostni pristopi, ki združujejo blažitev emisij CO2 z načrtovanjem prilagajanja in ohranjanja, ponujajo najboljše možnosti za zmanjšanje negativnih posledic. Ozaveščenost javnosti, politični okviri in mednarodno sodelovanje so bistveni za uskladitev znanstvenih spoznanj s praktičnim upravljanjem.