研究人员揭示了灭绝的虎头海牛是如何塑造海带森林的

数百万年来，斯特勒海牛(一种重达四吨的海洋哺乳动物和海牛的近亲)通过从上层树冠上吃掉大量海带叶，在北美太平洋沿岸塑造了海带森林，从而使光照能够刺激生产力在林下。

在今天发表在《生态学与进化前沿》上的一篇论文中，来自加州科学院的研究人员——作为该学院“繁荣加州”倡议的一部分——揭示了在海洋巨型食草动物存在的情况下历史上的海带森林可能是什么样子，这种动物于由于过度捕猎，它第一次与欧洲人相遇仅27年后的1700年代，并建议海带森林保护工作如何考虑到它的缺席。

“海带森林是高产的生态系统。它们充当风暴缓冲区，对渔业具有重要的经济意义，并且是无数海洋生物的家园，但它们在整个太平洋地区都在急剧下降，”研究作者兼地质学和无脊椎动物学学院馆长说PeterRoopnarine博士

“数百万年前海带森林进化时，有大型海洋食草动物，如虎头海牛，现在已经灭绝。因此，当谈到导致它们普遍衰退的原因时，我们可能缺少一个主要组成部分。”

这种根据最近的过去来评估现代生态系统状态的趋势被称为基线转移综合症，它可以掩盖生态系统如何在更长的时间内存在。

“我们已经在野火管理等方面看到了这种想法的后果，”Roopnarine说。“在短期内，由于野火给森林生态系统带来的破坏，野火被视为需要抑制的东西。但最近我们了解到，从长远来看，野火是这些系统的自然组成部分，可以导致更健康的环境，更具弹性的森林。”

解决基线变化的新方法

在这篇论文中，研究人员提出并倡导一种评估生态系统整体健康状况的新方法，以避免基线变化综合症的陷阱，称为过去-现在-未来(PPF)方法。

与根据当前状态评估生态系统相反，研究人员表示，PPF方法将博物馆标本和化石记录的历史证据与土著传统生态知识和现代科学数据相结合，可以生成更准确的数学模型描绘自然系统。重要的是，这些模型随后可以用于更有效的保护。

“今天，我们被严重退化的生态系统所包围，这些地方在一个世纪前要健康得多，更不用说一千年或更长时间了，”研究作者兼学院执行主任斯科特桑普森博士说。

“越来越多的这些生态系统现在面临崩溃的危险，即使我们保护它们也是如此。因此，如果我们要帮助引导某个地方走向繁荣的未来，我们不仅必须了解其当前的健康状况，还必须了解其过去的状况，然后将这些见解应用于经过计算的再生干预措施。这种过去-现在-未来的保护方法具有革命性的潜力。”

揭示“海牛效应”

为了更好地了解过去的海藻林——从而获得更好的基线来与它们今天的状态进行比较并预测它们未来可能发生的变化——研究人员利用历史和现代数据建立了一个数学模型来模拟生态系统在不同情况下的反应。

首先，研究人员输入了生态系统中不同参与者对海带森林的影响，例如海胆捕食海带或海獭捕食海胆。然后将该模型与预先存在的海带森林数据进行比较，以确保它再现了生态系统在现实生活中的运作方式。

一旦研究人员改进了模型，他们就能够通过将虎头海牛添加到模型中并观察生态系统如何随时间做出反应来探索虎头海牛如何影响海带森林。

“一个更重要和令人惊讶的发现是，包括虎头海牛在内会形成完全不同类型的海带森林，”该学院和内华达大学拉斯维加斯分校的研究作者兼博士后研究员RoxanneBanker博士说。“而不是海带为主，这是我们对现代森林的看法，海牛的存在和上层树冠的捕食会导致海带和藻类之间的平衡，因为更多的阳光会到达海底。”

班克补充说，这一发现在反思海藻林的现状时具有特别重要的意义，海藻林的严重退化部分是由于海胆的过度捕食。“藻类将为海胆提供额外的食物来源，可能会减少它们对海带的影响，”她说。

该研究还表明，当海牛存在时，整个海藻林通常更具弹性：即使在不利条件下，例如海洋变暖或疾病爆发，海藻林也不太可能过渡到贫瘠的海胆-今天经常看到的占主导地位的状态，当他们这样做时，他们会更快地恢复到森林覆盖的状态。这种效应被研究人员称为“海牛效应”，为当前的海带保护工作提供了可操作的见解。

Roopnarine说：“如果我们的模型通过在测试地块上的实验得到进一步验证，它可以让我们通过模拟不同干预措施的功效来增强海带森林的恢复力。”“例如，有选择地收获海带冠层的上部叶子，以重现虎头海牛失去的作用。”