海鸟之“恩”？珊瑚礁的秘密盟友

OceanWetlands
海湿·编者按 

随着温度急剧上升，威胁着地球上最壮观的生态系统之一——热带珊瑚礁。然而，在这场全球性的气候变化危机中，一项新研究为热带珊瑚礁的未来生存提供了一线希望。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到由英国兰开斯特大学的研究团队领导研究，研究人员发现，海鸟可能成为热带珊瑚礁的意想不到的“助手”：海鸟从大海中捕食，然后返回岛屿栖息，部分鸟粪会被雨水冲刷到岛屿周围的海域，养分会滋养珊瑚和其他海洋生命，所以海鸟的使得附近的珊瑚生长速率翻倍。这一发现或许为那些在气候变化威胁下的珊瑚礁保护、及其生态恢复提供了新的思路。

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珊瑚与海鸟：互惠互利的“好邻居”

这个研究的核心是对印度洋一个偏远群岛的观察，这里的珊瑚礁遭受了2015-2016年海洋热浪引发的大规模白化和死亡。关键发现是，那些位于海鸟繁殖殖民地附近的鹿角珊瑚（Acropora）生长速度较快，恢复时间更短，相较于远离海鸟殖民地的鹿角珊瑚，恢复时间缩短了大约10个月。

为了深入研究这一现象，科学家们通过对氮同位素值的取样以及对鹿角珊瑚生长速率的长达三年的测量，揭示了其中的机制。结果显示，海鸟排泄物中富含的氮和磷等养分被附近的珊瑚吸收，促使其生长速度每增加一个单位，便翻倍增长。通过实验证实，这一现象不仅是因为养分的作用，而且是由于鸟类的存在，从而使得养分能够有效富集。

这项研究提供了一个重要的启示：海鸟不仅仅是热带海洋生态系统的一部分，它们还扮演着维持珊瑚礁生态平衡的关键角色。通过捕食远离岛屿的开放海域中的鱼类，然后回到岛上，海鸟将富含养分的鸟粪沉积在岛上，成为珊瑚和其他海洋生物的有效养分来源。这也侧面体现了，维持海鸟种群的稳健繁衍对于整个热带海洋生态系统的健康至关重要。

生态恢复新思路？

近年来，气候变暖导致珊瑚礁面临着越来越频繁的白化事件，而这项研究的发现为应对这一挑战提供了一种可能的生态复苏途径。由于珊瑚白化事件频发，珊瑚礁的平均恢复时间已经从1980年代的27年减少到2016年的5.9年。在此背景下，即使是小幅度的恢复时间缩短也可能在短期内对珊瑚的生存和繁衍产生关键影响。

该研究的结果，不光为生态学家提供了关于海鸟与珊瑚礁之间“生态交互”的新见解，还为保护珊瑚礁提供了一种自然的、可持续的方法。海鸟的存在，带来了养分的富集。通过恢复海鸟种群，我们有望促进珊瑚快速吸收和利用新养分的能力。这项研究为海洋生态系统的保护提供了一个全新的视角，提示着：需要关注和保护海鸟种群的重要性。

珊瑚-老鼠-海鸟：三角关系？

研究人员通过数年的野外实验、反复的调查和贝叶斯建模，测试了自然养分的来源——正是海鸟提供的养分。不过，海鸟它们也正受到入侵性老鼠的威胁。也就是说，海岛上的入侵物种，间接的妨碍了极端海洋热浪后珊瑚礁恢复。

上图：海鸟与老鼠存在对珊瑚共生体中海鸟来源养分的影响，以δ15N为测量标准。自然生长的鹿角珊瑚在（A）海鸟（无老鼠）岛屿、老鼠侵扰的岛屿、和附近无岛屿的控制礁；以及（B）在海鸟和老鼠岛屿之间相互移植的鹿角珊瑚上的后验预测分布。点表示中位数估计值，线表示90%和70%的最高后验密度区间（HPDIs）。

科学家们将珊瑚从“老鼠岛”移植到“海鸟岛”，发现：它们（珊瑚）迅速吸收了由海鸟提供的养分，在3年内完全适应了新的养分环境。这些由海鸟提供的额外养分导致珊瑚的生长速度翻倍，不论是在个体内还是整个珊瑚礁中都是如此。与海鸟一起的地方还与鹿角珊瑚覆盖的更快恢复时间（小于4年）以及整个底栖群落更为活跃的恢复轨迹相关联。

上图：海鸟来源养分和海鸟与老鼠存在对珊瑚生长速率的影响。
针对实验珊瑚（在海鸟和老鼠岛屿之间进行相互移植实验的珊瑚）和自然珊瑚（未经处理的来自海鸟或老鼠岛屿的珊瑚），进行了后验预测。(A) 对个体鹿角珊瑚的δ15N效应（作为海鸟来源养分的代理）对个体生长速率的影响。点表示原始数据，线表示在控制了珊瑚大小后的条件效应，灰色阴影表示90%和70%的最高后验密度区间（HPDIs）。(B) 海鸟存在对岛屿层面珊瑚生长的条件效应，虚线上方的点表示海鸟对生长的积极效应。对于实验性珊瑚，“起源处理”表示珊瑚是否开始于海鸟或老鼠岛，而“移植处理”表示它们在实验期间是否被移到海鸟或老鼠岛。点表示中位数估计值，线表示90%和70%的HPDIs。(C 和 D) 对于（C）实验性珊瑚和（D）自然珊瑚，按处理的珊瑚生长速率的后验预测分布。点表示中位数估计值，线表示90%和70%的HPDIs。所有预测都是基于一个平均大小的珊瑚。

上图：饶富海鸟的无老鼠岛屿（海鸟岛）与少有海鸟的老鼠侵扰岛屿（老鼠岛）之间的珊瑚礁招募规模和珊瑚覆盖情况。后验预测结果显示了（A 和 B）仅鹿角珊瑚和（C 和 D）所有属 combined 的情况。珊瑚招募规模是在2018年（白化事件后3年）进行量化的，而珊瑚覆盖情况则在2015年（白化事件前）、2018年（白化事件后3年）和2021年（白化事件后6年）进行了量化。点表示中位数估计值，线表示90%和70%的最高后验密度区间（HPDIs）。

上图：基于2015年（白化事件前）、2018年（白化事件后3年）和2021年（白化事件后6年）在无老鼠且有丰富海鸟的岛屿（海鸟岛）与老鼠侵扰且海鸟稀缺的岛屿（老鼠岛）周围的重复调查，展示了所有底栖群体的恢复情况。
(A) 后验预测结果显示了珊瑚礁规模底栖群体恢复的情况，以整个底栖群落与白化前基线的Bray-Curtis差异度量。小点和连接线表示随时间变化的个别岛屿。大点和线表示中位数估计值以及90%和70%的最高后验密度区间（HPDIs）。(B 到 E) 后验预测结果显示了广义底栖群体的比例覆盖，但不包括硬珊瑚覆盖（详见图3D）。点表示中位数估计值，线表示90%和70%的HPDIs。

由此，研究人员得出结论：通过恢复海鸟种群和它们提供的养分通路，可能有助于提高珊瑚礁的抵抗力，使其更快速地生长和康复。

上文中值得注意的是，那些缺乏海鸟的岛屿，发现通常有被入侵的老鼠的存在，而这些老鼠对海鸟的繁殖和生存造成了极大的威胁。因为老鼠是杂食性动物，它们会捕食鸟类、吃掉鸟蛋和雏鸟，从而导致海鸟的种群减少。与之迥异的是，研究发现，有众多海鸟的岛屿是没有老鼠的，而这正是为何海鸟能够在那里繁衍和栖息的原因。因此，不仅是气候变化，入侵物种也成为了热带岛屿生态平衡的又一大挑战。

据介绍，该研究的结果由Bertarelli基金会支持，是Bertarelli海洋科学项目的一部分。全文详见文末链接的《Science Advances》杂志上的论文《海鸟增强珊瑚礁的韧性》。

案例点评

在这场全球气候危机中，亟需寻找创新的解决方案，来保护地球上的每一处生态系统。海鸟与鹿角珊瑚之间的这种生态互动，为我们提供了一个可行的生态恢复途径，不仅能够提高珊瑚的生存能力，还有助于维护整个海洋生态系统的平衡。

 【思考题】学而时习之

Q1: 如何量化海鸟排泄物中的氮和磷等养分对珊瑚的影响，以及这些元素在提高鹿角珊瑚生长速率方面的相对效力？

Q2：在考虑氮稳定同位素值的基础上，是否可以将这一方法扩展到其他海洋生态系统，以更全面地了解不同生态环境中海鸟提供养分的效果？在考虑不同海洋生态系统中的类似生态交互时，我们是否可以将海鸟的养分贡献与其他生态位的相互作用进行比较，以推动更广泛的生态学研究和海洋生态系统的可持续保护？

Q3：在气候变化频发珊瑚白化事件的今天，珊瑚礁是否能够依赖海鸟为其提供的养分来更加快速地从灾难中恢复，而这是否为保护海鸟种群提供了更为紧迫的理由？

Q4、针对入侵物种对海洋岛屿生态系统的破坏，应如何实施综合性的管理策略，既能够根除入侵物种，又能够恢复和维护岛屿上的鸟类种群，以促使更为有效的生态恢复和珊瑚礁的健康生长？

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编译 | 王芊佳

审核 | Linda

排版 | 绿叶

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【本文参考资料】

• 《海鸟可能成为面临气候变化威胁的热带珊瑚礁的意想不到的帮手》
  https://www.lancaster.ac.uk/news/feathered-friends-can-become-unlikely-helpers-for-tropical-coral-reefs-facing-climate-change-threat

• 研究全文参见：
  Cassandra E. Benkwitt et al. ,Seabirds boost coral reef resilience.Sci. Adv.9,eadj0390(2023).DOI:10.1126/sciadv.adj0390

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