Die Korallenriffe der Welt sind wie Unterwasserstädte, in denen es von Fischen und Meerestieren aller Art wimmelt. Korallenriffe bedecken weniger als 1 % des Ozeans, aber sie unterstützen schätzungsweise 25 % aller Meeresartendarunter viele wichtige Fischarten. Der wirtschaftliche Wert der Leistungen, die diese komplexen Ökosysteme erbringen, wird auf über 3,4 Milliarden US-Dollar jährlich allein in den USA
Heute bedrohen steigende Meerestemperaturen das Überleben vieler Riffe. Wenn das Meerwasser zu lange zu warm bleibt, stoßen Korallen die bunte symbiotische Algen, Zooxanthellen genanntdie in ihren Geweben leben – ein Prozess, der als Korallenbleiche bezeichnet wird. Diese Algen versorgen die Korallen mit Nahrung, daher sind gebleichte Korallen anfällig für Hunger und Krankheiten und können sterben, wenn das Wasser nicht schnell genug abkühlt.
Mit der globalen Meereswärme auf Rekordniveauhaben Wissenschaftler bestätigt, dass eine globale Korallenbleiche ist im GangeSeit Anfang 2023 Korallen sterben im Indischen, Pazifischen und Atlantischen Ozean, sowohl nördlich als auch südlich des Äquators.
Das aktuelle Bleichereignis in der weiteren Karibikregion ist länger und heftiger als alle vorherigen Bleichereignisse seit dem ersten globalen Ereignis im Jahr 1998. Ich studiere großräumige Klima- und Ozeandynamik und analysiere, wie biologische Verbindungen zwischen Korallenriffen – die sich manchmal über große Entfernungen erstrecken – den Riffen helfen können, sich von Hitzestress zu erholen.
Das aktuelle Massenkorallenbleichereignis ist bereits das vierte derartige Ereignis seit 1998.
Riffbeziehungen
Angesichts der rasanten Entwicklung der Ozeane arbeiten Wissenschaftler an der Entwicklung von Reaktionsstrategien. Dazu gehört es, Korallen hitzeresistenter zu machen, beschädigte Gebiete durch gesunde Korallen zu sanieren, Korallenaufzuchtstationen in kühlere Gebiete zu verlegen und Korallenaufzuchtstationen zu betreiben. Zucht von „Superkorallen“ die widerstandsfähiger gegen diese Belastungen sind; und die Verbesserung natürliche chemische Signale Und Tonsignale um Korallen- und Fischlarven zu beschädigten Riffen zu locken.
Viele Fischarten, die in Korallenriffen vorkommen, spielen eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der Gesundheit dieser Gemeinschaften. Meeresalgen konkurrieren beispielsweise mit Korallen um Platz und Licht und übernehmen nach Korallenbleichen häufig die Riffe.
Korallen bleiben gesünder und erholen sich schneller, wenn sie von Fischen umgeben sind, die verschiedene Arten von Meeresalgen fressen, wie zum Beispiel Papageienfische, Doktorfische und Kaninchenfische. Aufgrund ihrer Rolle werden diese Arten häufig zusammenfassend als Weidetiere bezeichnet.
Seegurken – ledrige Bodenbewohner, entfernt verwandt mit Seesternen und Seeigeln– sind ebenfalls wichtige Partner der Riffe. Sie ernähren sich von Bakterien und anderen organischen Materialien in Meeresablagerungen und reinigen so die Umgebung der Riffe.
Mein Kollege von Georgia Tech Mark Hay veröffentlichte kürzlich eine Studie, die zeigte, dass das Entfernen von Seegurken aus Riffgemeinschaften zu einer Zunahme von organischen Abfallstoffen führte und ein 15-facher Anstieg des Korallensterbens. Der Schutz von Seegurken, die als Nahrungsquelle überfischt werden, könnte zur Gesundheit der Korallenriffe beitragen.
Die Rolle der Ozeankonnektivität
Korallenriffe sind keine isolierten Außenposten. Wenn Fische und Korallen laichen, setzen sie Millionen von Larven frei, die mit der Strömung treiben und über die Riffe hinweg ausgetauscht werden. Misch- und TransportprozesseDieser Austausch stellt die Verbindung der Korallenriffe dar.
Einige Riffe liefern Larven an viele andere. Andere Riffe sind isolierter, sodass Wissenschaftler möglicherweise künstlich Larven einführen müssen, um den Riffen zu helfen, sich von der Korallenbleiche und anderen Bedrohungen zu erholen.
Untersuchungen zeigen, dass gut vernetzte Riffe sich schneller von Belastungen wie Bleichen erholen. Die reichliche Versorgung mit Korallen- und Fischlarven, die durch Meeresströmungen von weit her angeschwemmt werden, trägt dazu bei, ausgebleichte Gebiete wiederherzustellen und vielfältige Riffgemeinschaften zu erhalten. Die Erhaltung dieser Vernetzung ist für den Schutz der Riffe von entscheidender Bedeutung.
Doch die Messung der Konnektivität ist zeitaufwändig und teuer. Forscher sammeln Korallenproben von Riffen, die möglicherweise miteinander verbunden sind, und analysieren die DNA der Korallen, um ihre genetische Geschichte zu rekonstruieren. So entsteht ein Bild davon, wie stark verschiedene Populationen miteinander verbunden sind.
Wir nutzen auch Computermodelle, um simulieren Meeresströmungen, die virtuelle Larven mit sich tragen von ihren Freisetzungspunkten bis zu den Orten, an denen sie sich niederlassen. Aber Strömungen sind nicht wie Autobahnen an einem Ort fixiert: Ihre Stärke und Richtung ändern sich im Laufe der Zeit, je nach Jahreszeit und Jahr. Um die Vernetzung von Riffen zu untersuchen, müssen mehrjährige Modellsimulationen durchgeführt werden, die kleine Gebiete detailliert abdecken, was mit viel Rechenaufwand verbunden ist.
Erkenntnisse aus maschinellem Lernen
Jetzt, maschinelles Lernen bietet eine neue Möglichkeit, Riffverbindungen zu analysieren. Dieses Teilgebiet der künstlichen Intelligenz ermöglicht es Computern, Aufgaben oder Zusammenhänge zu erlernen, ohne explizit angeleitet zu werden. Stattdessen nutzen sie Algorithmen, um verschiedene Aufgaben zu bewältigen.
Meine Forschungsgruppe hat ein Tool entwickelt, das Informationen über Meeresströmungen aus Satellitendaten nutzt, ein Netzwerk von Ökoregionen oder Gebieten generiert, in denen die Ökosysteme im Allgemeinen ähnlich sind. berechnet ihre Konnektivität in den letzten 30 bis 40 Jahren. Anschließend identifizieren wir besser vernetzte Riffe mithilfe von PageRank-Zentralität– der von Google entwickelte Algorithmus zur Messung der Popularität von Webseiten.
Sobald wir ein Netzwerk von Ökoregionen definiert haben, können wir bestimmen, wie „populär“ – also vernetzt – bekannte Riffe sind. Und wir können überprüfen, ob unsere Algorithmen gut funktionieren, indem wir beobachten, ob „populäre“ Riffgemeinschaften vielfältigere und gesündere Korallenpopulationen enthalten.
Wir haben festgestellt, dass in Das Korallendreieck Südostasiens– der größte Biodiversitäts-Hotspot der Erde – periodische Schwankungen zwischen den Klimamustern El Niño und La Niña fördern die Biodiversität und haben dies wahrscheinlich auch getan in den letzten 5 bis 7 Millionen Jahren. Die Konnektivität während El Niño-Ereignissen unterscheidet sich stark von der während La Niñas, da die Meeresströmungen anders sind. Diese Dynamik hilft den Riffen, indem sie dafür sorgt, dass sie in verschiedenen Jahren Larven von vielen verschiedenen Orten erhalten.
Wenn man versteht, welche Korallen- und Umweltmerkmale dazu beitragen, dass Riffe widerstandsfähiger werden, und diese Informationen mit Konnektivitätsnetzwerken verknüpft, eröffnet sich neue Möglichkeiten, Korallen zu einem längeren Überleben zu verhelfen. Zusammen zeigen diese Ansätze, wie und wo Überwachungs- und Wiederherstellungsbemühungen priorisiert werden sollten.
Auf lange Sicht sind die einzigen Möglichkeiten, das Korallensterben zu stoppen und Riffe zu schützen, die so viel Meeresleben beherbergen, Begrenzung der Wasserverschmutzung und den Klimawandel einzudämmen. Aber lokal begrenzte Maßnahmen, die die Riffe gesünder machen, können ihnen etwas Zeit verschaffen und sie vielleicht widerstandsfähiger gegen die Erwärmung der Ozeane machen.
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