Иногда важно задуматься, как мало мы знаем о планете, на которой живём. Возьмём, к примеру, коралловые рифы. Казалось бы, их изучали достаточно, чтобы узнать о них почти всё. Но поговорите с морским биологом, и он быстро разубедит вас в этом.
«Большинство вещей, которые существуют на коралловых рифах, нам просто неизвестны или не были формально описаны или названы», — говорит Кэтрин Макфадден, профессор биологических наук в колледже Харви Мадд.
Макфадден — ведущий автор исследования, опубликованного в Scientific Reports, которое заняло десятилетия и изменило фундаментальное понимание разнообразия и распространения кораллов.
Кораллы бывают самых разных форм, а их родословная невероятно древняя. Группа Anthozoa, к которой относятся все кораллы и морские анемоны, а также множество животных с хватательными щупальцами, называемых горгонянами, зоантидами, морскими перьями и другими, возникла примерно 771 миллион лет назад.
Вскоре после того, как Anthozoa разделилась на две части, одна группа — Hexacorallia — эволюционировала в каменные кораллы и их многочисленных родственников (чёрные кораллы, различные морские анемоны). Другая группа, Octocorallia, эволюционировала в мягкие кораллы и их родственников (горгоняны, органные трубы, морские перья и так далее). Это означает, что то, что мы обычно называем кораллами, состоит из двух совершенно разных линий, которые связаны друг с другом не больше, чем наземные растения связаны с водорослями.
Учёные сосредоточили свои усилия в основном на каменных кораллах, которые выделяют твёрдый скелет. Эта жёсткая структура покрыта углублениями в форме кальдеры, в которых обитают отдельные коралловые полипы, подобно небоскрёбу в городском пейзаже рифа. Виды каменных кораллов часто можно отличить по форме их полипов и уникальной архитектуре скелета. Это позволило относительно легко отличить один вид от другого.
Мягкие кораллы — это совсем другая история. У них нет твёрдого скелета, что, по словам соавтора исследования Густава Пауэя, куратора зоологии беспозвоночных в Музее естественной истории Флориды, делает их настоящим кошмаром для систематиков.
«Выявить их в полевых условиях действительно сложно. Это колония очень похожих полипов, часто со схожими формами роста, и это всё», — сказал он.
Мягкие кораллы удерживаются вертикально, прокачивая воду через внутренние полости, что позволяет им расти и сжиматься в зависимости от условий окружающей среды. Этот жидкий (гидро-) скелет дополнительно укреплён крошечными отложениями кальция в форме игл, пластин, узелков и гантелей, называемых склеритами, которые слабо связаны между собой, чтобы обеспечить поддержку и защиту.
«Мы называем их снежинками, потому что каждый отдельный склерит отличается», — сказала Макфадден. «У них сложные формы. Их трудно измерить. И у нас нет хорошего понимания того, что делает их разными».
Склериты настолько вариативны внутри видов и похожи между ними, что мало что дают для идентификации. Но в течение многих лет это всё, что было у учёных, поэтому они обходились этим. Затем было разработано секвенирование ДНК, и стало очевидно, насколько недостаточными были склериты.
«Есть много случаев, когда люди думали, что существует широко распространённый вид, но когда мы проводим генетическую работу, оказывается, что это шесть или восемь разных вещей, которые в некоторых случаях даже не близкородственны друг другу», — сказала Макфадден. «У нас есть и обратная проблема, когда кораллы принимают другую форму роста в некоторых средах, но генетически мы не находим между ними никаких различий».
В этом и заключается проблема, которую Макфадден попыталась решить в своём новом исследовании. Учёные лишь смутно представляют, сколько существует видов мягких кораллов; Макфадден и её коллеги приложили немало усилий, чтобы разобраться в этом вопросе.
Они собрали образцы тканей более чем 4 400 мягких кораллов в Тихом и Индийском океанах в ходе многочисленных исследований биоразнообразия, которые проводились между 1998 и 2023 годами. Эти образцы в настоящее время хранятся в музеях естественной истории по всему миру, включая Музей естественной истории Флориды. Затем они секвенировали ДНК из сохранившихся музейных образцов и использовали её, чтобы определить, где мягкие кораллы наиболее разнообразны, и получить базовую оценку того, сколько видов обитает в разных регионах.
Наконец, они сравнили свои результаты с результатами аналогичных исследований более известных каменных кораллов. Если они ожидали чего-то, то ожидали увидеть ту же общую картину как у мягких, так и у каменных кораллов. В конце концов, обе группы в основном обитают в одних и тех же средах, и их близость часто бывает слишком близкой для комфорта.
Мягкие и каменные кораллы ведут давнюю семейную вражду за ограниченное пространство, доступное им на рифах. Мягкие кораллы могут испускать ядовитые вещества, чтобы убить своих собратьев — каменных кораллов — и помешать другим закрепиться. Каменные кораллы в ответ используют стрекающие клетки на конце своих длинных, похожих на хлыст щупальцев, чтобы ударить своих врагов. Другие просто съедают своих конкурентов, окутывая их сетью пищеварительной ткани, называемой месентериальными нитями.
Каменные кораллы и множество видов рыб, обитающих в рифах или вокруг них, наиболее разнообразны в центральной части Индо-Тихоокеанского океана, границы которого охватывают Австралию, Малайский архипелаг и часть материковой Юго-Восточной Азии, где обширная береговая линия и тёплые мелководные условия создают идеальные условия для коралловых рифов.
Но результаты этого исследования показывают, что у мягких кораллов есть не один, а два центра разнообразия. Первый совпадает с каменными кораллами в центральной части Индо-Тихоокеанского региона, что неудивительно. Даже без учёта азиатского материка или Большого Барьерного рифа Австралии островные государства Индонезии, Филиппин, Папуа-Новой Гвинеи и Соломоновых Островов простираются на тысячи миль через экватор. Этот регион часто называют Коралловым треугольником, который, несмотря на то, что занимает всего 7% площади мирового океана, является домом для более чем 70% разнообразия кораллов.
Согласно исследованию, побережья Мадагаскара и Юго-Восточной Африки особенно важны для мягких кораллов, которые так же разнообразны там, как и в Коралловом треугольнике, если не больше. Это резко контрастирует с каменными кораллами, у которых заметно меньше видов в Восточной Африке, чем в Юго-Восточной Азии.
Разнообразие мягких кораллов снижается ниже засушливого мыса Африки, и хотя Красное море окружено коралловыми рифами, в нём значительно меньше видов мягких кораллов. Это означает, что рифы Мадагаскара и Юго-Восточной Африки по сути изолированы, имея лишь слабую связь с другими центрами биоразнообразия кораллов. Однако так было не всегда.
Примерно 20 миллионов лет назад северные и южные континенты Земли были разделены обширным и биологически разнообразным водоёмом, называемым морем Тетис. Если бы тогда были люди, которые могли бы совершить это путешествие, можно было бы обойти земной шар, плывя на запад из Тибета (когда у Тибета была береговая линия), мимо северного купола Африки, между Северной и Южной Америкой и через Тихий океан обратно в Тибет. Это путешествие всё ещё можно совершить сегодня из Индии и обратно, но только потому, что Суэцкий и Панамский каналы теперь искусственно воссоздают небольшой кусочек того, что когда-то было гигантским морским путём.
Мелководные воды к югу от Европы и к северу от Африки когда-то были покрыты коралловыми рифами. Но это изменилось, когда два континента медленно столкнулись. Зажатые между приближающимся камнем и неподвижным твёрдым местом, эти рифы постепенно сжимались и в конечном итоге были вытеснены. Кораллы, которые мы видим сегодня у берегов Мадагаскара и некоторых частей Африки, представляют то, что когда-то было южной частью огромной системы рифов, которая с тех пор была разбита на изолированные центры разнообразия.
В настоящее время Малайский архипелаг является современным очагом морской биоразнообразия, но неясно, почему мягкие кораллы в западной части Индийского океана более разнообразны, чем каменные.
Есть несколько возможных ответов, сказала Макфадден. Это может быть просто артефактом того, как собирались данные.
«Мы более тщательно изучили этот район, чем Коралловый треугольник, так что может быть предвзятость отбора», — сказала она.
Авторы исследования использовали надёжные аналитические методы, чтобы учесть любые потенциальные расхождения, которые могут возникнуть из-за неравномерного распределения данных, но учёные — люди, которые скрупулёзно осторожны, когда дело доходит до выводов, и Макфадден сказала, что пока рано точно знать, является ли это достоверным сигналом или статистическим фантомом.
Каменные кораллы, напротив, были умеренно хорошо изучены в Коралловом треугольнике, но им уделялось меньше внимания у берегов Центральной Африки и Мадагаскара. Может оказаться, что они, как и мягкие кораллы, одинаково разнообразны в обоих районах. Единственный способ для учёных получить однозначный ответ — собрать больше данных.
Если закономерность сохранится, то есть более заманчивое объяснение, связанное с тем, как кораллы размножаются.
У кораллов есть несколько вариантов размножения. Самый простой из них, называемый бесполым размножением, заключается в том, что один коралл просто раскалывается на две части, создавая таким образом свою копию. Половое размножение немного сложнее, учитывая, что кораллы в основном ведут малоподвижный образ жизни. Чтобы добиться успеха, мужские и женские кораллы одного вида должны правильно рассчитать время. Они будут ждать, пока луна войдёт в определённую фазу, и пока вода достигнет определённой температуры, а затем одновременно выпустят свои яйца и сперму в воду.
Для некоторых кораллов это начало и конец родительских обязанностей. Этот способ размножения называется широковещательным. Когда он срабатывает, в результате появляются многочисленные крошечные коралловые личинки, которые подхватываются океанскими течениями и уносятся далеко от дома. Многие из них снабжены клетками водорослей, переданными родителями, которые они используют для производства пищи на ходу из воды и углерода, а также нескольких отфильтрованных лучей солнечного света.
Те, кто выживет, могут оказаться за сотни миль от места рождения, но выживание далеко не гарантировано. Личинки различных морских существ, вместе называемые планктоном, находятся в самом низу пищевой цепи. Молодому коралу в толще воды с большей вероятностью проглотит какой-нибудь кит или он пострадает от похожей участи в желудочно-кишечном тракте, чем станет успешно обосновавшимся на рифе.
Другие кораллы используют менее опасный подход, выхаживая своё потомство. В таких случаях самки не выпускают свои яйца во время полового размножения. Вместо этого оплодотворение и развитие личинок происходят внутри коралла. Некоторые виды держат своих личинок в питательных капсулах, называемых выводковыми мешочками. Когда личинки в конце концов начинают самостоятельную жизнь, они не уходят далеко. Многие проходят небольшое расстояние, но редко преодолевают те расстояния, которые преодолевают вещатели. Некоторые из них даже обладают отрицательной плавучестью, что заставляет их опускаться и оседать прямо под родительским коралом.
В мягких и каменных кораллах есть виды, размножающиеся как путём вещания, так и путём выхаживания, но эти репродуктивные стратегии, по-видимому, привели к различным географическим закономерностям между двумя группами. За исключением нескольких инвазивных видов — некоторые, вероятно, были завезены через аквариумный промысел — нет видов мягких кораллов в тропическом Тихом океане к востоку от Юго-Восточной Полинезии или где-либо в тропической Атлантике.
Больные рифы во Флориде и Карибском бассейне, например, состоят в основном из каменных кораллов. Есть также множество родственников мягких кораллов, таких как горгоняны и морские хлысты, но настоящих мягких кораллов нет. Их также нет в таких местах, как Гавайи или многочисленные отдалённо разбросанные острова южной части Тихого океана. Разнообразие каменных кораллов в этом регионе также снижается, но не так сильно.
По причинам, которые остаются неясными, кажется, что мягкие кораллы не так хорошо умеют передвигаться, как каменные кораллы, а те, которые выхаживают своих личинок, — хуже всех.
Пауэй подозревает, что это основная причина, почему у мягких кораллов два центра разнообразия. Результаты этого исследования показывают, что за редким исключением наибольшее количество эндемичных видов — тех, которых можно найти в одном регионе и нигде больше — расположено в западной части Индийского океана. Результаты также показывают, что среди вынашивающих и вещающих видов первые с большей вероятностью будут эндемичными.
Таким образом, наиболее вероятное объяснение того, почему мягкие кораллы диверсифицировались в западной части Индийского океана, заключается в том, что они были там в течение длительного времени. Они распространились и на Коралловый треугольник, но из-за низкой скорости распространения этот процесс шёл медленно, и диверсификация заняла больше времени.
Это имеет несколько важных последствий. Обнаружение горячей точки биоразнообразия показывает учёным наиболее перспективные районы для поиска новых видов и регионы, которым следует уделять приоритетное внимание в плане сохранения.
В наш век информации у людей сложилось общее ощущение, что вся terra incognita мира была полностью исследована и нанесена на карту. Но хотя это правда, что люди проделали огромную работу, размещая ориентиры на тонкой земной коре, мы всё ещё мало знаем об организмах, которые её населяют. По словам Макфадден, работа по определению наиболее биологически активных регионов мира всё ещё продолжается, даже для некоторых из наиболее легко узнаваемых и экологически важных групп.
«Если вы посмотрите на количество исследований, которые действительно надёжно идентифицировали виды в широких географических диапазонах, то увидите, что они сосредоточены всего на полудюжине групп организмов», — сказала она, отметив, что чаще всего эти группы имеют коммерческую ценность.
Высокий процент эндемизма в западной части Индийского океана также делает этот регион особенно уязвимым к вымиранию. Виды, имеющие широкое распространение, могут позволить себе потерять несколько популяций здесь и там, но эндемичные виды постоянно идут по тонкой грани между существованием и единственной альтернативой.
Есть и плохие новости. Ни для кого не секрет, что коралловые рифы сокращаются из-за изменения климата. Если планета продолжит нагреваться нынешними темпами, коралловые рифы, какими мы их знаем, скорее всего, исчезнут в течение следующего столетия, но мягкие кораллы могут исчезнуть ещё раньше. Когда океанская вода становится слишком тёплой для кораллов, они подвергаются процессу, называемому обесцвечиванием, во время которого они выплевывают все клетки фотосинтетических водорослей, из которых получают энергию.
«Когда обесцвечивание происходит с каменными кораллами, они часто могут восстановиться, в зависимости от тяжести и продолжительности времени, в течение которого они обесцвечиваются», — сказала Макфадден. «Этого не было задокументировано у мягких кораллов. Они обесцвечиваются и исчезают».