海带林的崩溃改变了缅因湾的食物网和能源动态

虽然缅因州北部岩石海岸沿线仍有海藻林，但近几十年来，南部海岸的海藻丰度下降了80%。取而代之的是，地毯般的草皮藻类已经进入。

由毕格罗海洋科学实验室的科学家领导的一个团队正在研究这一转变的广泛后果。他们的研究发表在《科学进展》上，表明与剩下的海藻林相比，草皮主导的珊瑚礁上的捕食者与猎物的相互作用和能量流动有着根本的不同。

通过视觉潜水调查和尖端的稳定同位素方法，他们发现占主导地位的掠食性鱼类物种的大部分能量来自海带。与此同时，在以草皮为主的珊瑚礁上，同样的鱼类通过转向浮游植物获取能量来弥补海带的损失。草皮藻类虽然丰富，但并不是重要的能源来源。

这项研究首次量化了海带衍生碳对缅因湾食物网的重要性，突显了海带森林的崩溃是如何重塑这个迅速变暖的生态系统中的能源动态的。这也是第一个使用基于氨基酸的新型稳定同位素技术追踪该地区碳流动的方法，该技术可用于区分养殖海带环境和其他生态系统中的能源。

该研究的主要作者、毕格罗实验室的缅因大学博士生Dara Yiu说：“人们研究了海带林对世界各地栖息地和食物的重要性，但我们从来不知道提供能量是缅因湾海带林的关键功能。”。“因此，当我们失去海藻林时，它从根本上改变了支撑食物网的能源。”

随着变暖的海水摧毁了沿海大片的海藻林，草皮藻类大量繁殖，几乎没有提供与海藻相同的生态系统服务。

在陆地森林和珊瑚礁环境中，科学家们早就了解这种被称为基本栖息地变化的“状态转变”是如何改变食物网动态的。然而，科学家们才刚刚开始揭开它在缅因湾的意义。

毕格罗实验室的高级研究科学家、该研究的资深作者Doug Rasher表示：“我们对热带珊瑚礁上能量的产生和流经食物网的方式有了更好的了解。海湾地区存在许多知识空白。”。

“我们在海藻林中所做的许多工作都是基础性的，可以揭示这个标志性的生态系统是如何变化的，以及这些变化是如何影响其他动物的。”

在对沿海海藻林的状况进行了几个季节的密集潜水调查后，研究人员使用稳定同位素方法追踪了从海藻等初级生产者到鳕鱼等掠食性鱼类通过食物网的能量流动。

他们首先测量了两种分布最广的鱼类的整个或“大块”组织中碳和氮稳定同位素的比率，这是一种了解资源利用和食物网位置的流行方法。

与超过100000名依赖Phys.org获取日常见解的订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展。

比较海藻礁上的鱼类和草皮礁上的鱼，他们发现，在剩下的海藻林中，食物网似乎更复杂，这两种鱼类占据了更大的生态位，饮食重叠更少。

然而，这些传统的测量方法对于追踪来自多个不同来源的碳并不有效。为此，该团队采用了一种方法，研究鱼类肌肉组织中必需氨基酸的碳同位素比值。

这些分子在食物链中向上移动时不能被动物制造或改变，因此每种分子都保留了一个与创造它的主要生产者不同的“指纹”——无论是海带、红藻还是漂浮在水柱中的浮游植物。

姚与新墨西哥大学博士后科学家、该研究的合著者Emma Elliott Smith合作进行了分析。姚说，氨基酸方法比传统的散装稳定同位素方法更劳动密集、更耗时，但它使他们能够确定沿海岸的能源来源和流动如何变化。Elliott-Smith说：“通过分析单个氨基酸，我们可以放大特定的生物标志物，比传统方法更精确地追踪生态系统中的能量流动。”。

“这种方法让我们更清楚地了解了能量是如何在海藻林中流动的，以及海藻是如何为缅因湾的食物网提供能量的，这是我们仅靠批量分析无法获得的。”

分析显示，生活在海藻林的鱼类有一半以上的必需氨基酸来自海藻。没有海带，浮游植物，而不是草皮藻类，为系统提供了主要的能量来源，这证实了基础物种的大规模丧失已经消除了能量在食物网中流动的关键来源和途径。姚说：“在海洋的大部分地区，尤其是缅因湾等浮游植物生产力很高的地区，人们认为浮游植物支持食物网。因此，令人兴奋的是，这里的海藻林生产力很高，鱼类和近岸食物网可以依赖它们。”。

“在没有强壮的海藻林的地方，它会改变食物网的底层结构，其全部后果我们仍然不知道。”

这些发现为未来研究珊瑚礁食物网及其对持续变化的适应能力提供了跳板，Rasher和他的团队正在继续探索。

他们计划与Elliott Smith合作，在缅因州海岸90英里外的海山Cashes Ledge附近应用这些新方法。Rasher说，凭借其繁荣的海藻林和丰富的鱼类种群，它可能会让我们一窥缅因州海岸曾经的样子。Rasher说：“虽然我们发现海带是沿海珊瑚礁鱼类的关键能源，但关于海带森林损失对商业和生态重要鱼类的影响，我们还有很多要了解的地方。”。

“我们的研究只是冰山一角，表明需要对海湾地区的食物网弹性进行更多的研究。”