Le barriere coralline tropicali sono ecosistemi vulnerabili, sensibile a una varietà di condizioni ambientali e disturbi, che possono cambiare la loro composizione da vibranti barriere coralline a vasti campi di alghe o macerie aride.

Ora i ricercatori dell'UC Santa Barbara hanno stabilito che queste comunità nettamente diverse possono persistere nelle stesse identiche condizioni. Le scoperte, che appaiono in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , potrebbe avere ampie implicazioni per l'ecologia e la conservazione in tutto il mondo.

macroalghe, comunemente chiamate alghe, tende a battere il corallo sulle barriere coralline a meno che non sia tenuto sotto controllo dagli erbivori. Di conseguenza, la quantità di erbivori su una barriera corallina è un fattore importante nel determinare se il sito sarà una barriera corallina o un campo di alghe.

"Le barriere coralline in molte parti del mondo sono passate dai coralli alle alghe, e la domanda è cosa mantiene la barriera corallina dominata dalle alghe piuttosto che tornare al corallo, " ha affermato la professoressa Sally Holbrook del Marine Science Institute (MSI) dell'UC Santa Barbara, uno dei coautori del documento.

Una possibilità è che l'ambiente sia cambiato in modo da favorire le alghe, e così anche se le alghe scomparissero, le nuove condizioni non sarebbero più adatte al corallo. Ma i ricercatori volevano determinare se potesse esserci un'altra spiegazione, uno con implicazioni molto diverse per la gestione della barriera corallina. Hanno esplorato se una solida comunità di coralli e una solida comunità di alghe potrebbero esistere e persistere nelle stesse condizioni ambientali, vale a dire la quantità di erbivori sulla barriera corallina.

Negli esperimenti presso il sito di ricerca ecologica a lungo termine della barriera corallina di Moorea, finanziato dalla National Science Foundation, a Moorea, Polinesia francese, il gruppo ha prima studiato se esistesse un livello di erbivoro al quale sia il corallo che le alghe potessero persistere sulla barriera corallina, chiamata regione bistabile. E se così fosse, volevano determinare dove si trovasse questa finestra rispetto alle condizioni attuali sulla barriera corallina.

I ricercatori hanno ridotto l'attività degli erbivori a diversi livelli ingabbiando alcune aree della barriera corallina in modo che i pesci non potessero entrare per rosicchiare le alghe. Hanno allestito gabbie delle dimensioni di un tostapane, in gruppi, su aree che inizialmente avevano o non avevano alghe. Ogni gruppo aveva gabbie con una varietà di dimensioni dei fori che creavano un gradiente da siti difficilmente accessibili a qualsiasi erbivoro, a quelli che ospitavano tutti tranne i più grandi mangiatori di alghe.

Questa configurazione ha permesso al team di ricerca di determinare quali livelli di erbivoro hanno impedito alle alghe di prendere piede, così come i livelli necessari per rimuovere le alghe esistenti. Hanno scoperto che il ribaltamento non si è verificato nelle stesse condizioni in entrambe le direzioni.

"Abbiamo scoperto che ci vuole molto più erbivoro per rimuovere le alghe che per prevenirlo, " ha detto l'autore principale Russ Schmitt, anche con MSI, e professore al Dipartimento di Ecologia, Evoluzione e biologia marina. "Ciò significa che c'è una quantità di erbivori in cui l'habitat potrebbe persistere come barriera corallina o come barriera corallina dominata da alghe a seconda che la comunità abbia iniziato come corallo o alghe. Nient'altro deve differire".

Poiché l'esperimento è durato diversi anni, il team è stato in grado di dimostrare che i loro risultati si sono mantenuti su più generazioni di alghe. "Questa è la prima volta che un esperimento sul campo ha dimostrato che è possibile per due diversi, comunità persistenti di esistere nelle stesse condizioni su una barriera corallina, ", ha detto Schmitt.

E i risultati sono più che accademici. "Una ragione per cui questa scoperta è importante è che suggerisce che un grande shock per la barriera corallina può trasformarla da corallo ad alga senza alcun cambiamento nella quantità di erbivoro, " ha detto la coautrice Samantha Davis, il coordinatore dei programmi di ricerca universitaria presso il Center for Science and Engineering Partnerships dell'università. "E una volta capovolto, la barriera corallina quindi rimarrà dominata dalle alghe."

Il ricercatore MSI Thomas Adam, un altro dei coautori del documento, è d'accordo. "Il ribaltamento è difficile da invertire perché solo un disturbo molto grande potrebbe far tornare la barriera corallina, " ha detto. "Il nostro secondo esperimento sul campo ha testato questa idea."

L'idea è che se le condizioni fossero in questa regione bistabile, poi, dopo un piccolo shock, la comunità dovrebbe tornare al suo stato precedente. Un grande shock, d'altra parte, cambierebbe il paradigma sotto il quale operava il sistema, inviandolo verso una composizione diversa, dove poi sarebbe rimasto.

Il team ha simulato un evento come un ciclone strofinando le alghe da piccole chiazze della barriera corallina della laguna, una sezione che avevano determinato era in questa regione di stabilità sovrapposta. E la barriera corallina si è comportata proprio come previsto dal modello. Le aree incontaminate sono rimaste nel loro stato iniziale di alghe, mentre le aree moderatamente disturbate sono tornate ai campi di alghe e sono rimaste così per anni. Però, le barriere coralline soggette a una perturbazione più drastica si sono trasformate in uno stato privo di alghe, che ha permesso al corallo di prendere piede. Fatta eccezione per i diversi disturbi all'inizio dell'esperimento, le condizioni ambientali erano le stesse in tutti i siti.

Questa dinamica presenta due sfide per la conservazione. Primo, dimostra che riportare un sistema alterato al suo stato precedente, come riabilitare una laguna ricoperta di alghe in una fiorente barriera corallina, è più difficile che semplicemente mantenere una comunità nelle sue condizioni iniziali. Secondo, suggerisce che anche un ecosistema apparentemente sano potrebbe essere vulnerabile a cambiamenti drammatici nella sua comunità. Senza cambiare le condizioni sulla barriera corallina, una scossa abbastanza grande al sistema potrebbe spostare un ecosistema in un altro stato, dove poi rimarrà intrappolato.

Fortunatamente, la stessa metodologia dello studio offre un potente strumento per determinare quanto può essere vulnerabile un ecosistema al passaggio da uno stato all'altro, nonché per valutare quanto possa essere difficile invertire tale interruttore. "I metodi che abbiamo sviluppato forniscono una tabella di marcia per valutare dove si trova un ecosistema su un gradiente ambientale, nel nostro caso diversi livelli di erbivori, in relazione a un punto di svolta in cui l'ecosistema può capovolgersi da uno stato persistente a un altro, " ha affermato Andrew Brooks, scienziato del progetto MSI, anche coautore. Consente inoltre loro di determinare se questo punto di svolta si trova in una regione di bi-stabilità.

"Le barriere coralline stanno scivolando via, " ha detto Dan Thornhill, un direttore del programma di ricerca ecologica a lungo termine della National Science Foundation. "Stiamo assistendo a un cambiamento globale dai vivaci ecosistemi delle barriere coralline ai campi di alghe. Ma questi scienziati dimostrano che nelle giuste condizioni, le barriere coralline possono rimbalzare dal disturbo."