Evidensbaserad rapport: Kan korallrev anpassa sig till varmare temperaturer? Tina Camderman Gy3 Biologi 2 Ht2014-Vt 2015 Inledning Detta är en evidensbaserad rapport där källorna tagits fram systematiskt genom att följa de sökkriterier som har bestämts i förväg. De systematiskt framtagna källorna har sedan används för att besvara rapportens frågeställning. Syfte och frågeställning Syftet med rapporten är att undersöka om koralldjuren kan anpassa sig till ett varmare klimat eftersom de har en naturlig resiliens. Den primära frågeställningen formuleras: Kan koraller anpassa sig till en miljö med varmare temperaturer? Med anpassning menas om de kan bli mer tåliga för varmare temperaturer om man bortser från andra eventuella störningar i naturen som påverkar korallerna. Om korallerna kan anpassa sig till ett varmare klimat, ska rapporten som en fortsättning till den primära frågeställningen även undersöka hur korallerna kan anpassa sig till ett varmare klimat. Den sekundära frågeställningen formuleras: Hur kan koraller anpassa sig till en miljö med varmare temperatur? Bakgrund Koralldjur (Anthozoa) är kalkavlagrande polyper som lever i marina områden. Koralldjuren kan antingen vara solitära eller kolonibildande. De solitära koralldjuren består då bara utav en stor korallpolyp, medan de kolonibildande koralldjuren bor i kolonier, där de bildar korallrev med andra korallpolyper. Korallpolyperna sammanbinds genom att deras skelett avlagrar kalkstrukturer som består av kalciumkarbonat.(Spalding, Grenfell 1997) (Spalding, Ravilious, Green 2001.) (Mulhall 2009) (Internet 1. korallrev.se1) Koralldjuren lever i symbios med zooxantheller som är encelliga, algliknande organismer som lever intracellulärt i korallpolypens vävnad. Zooxanthellerna fotosyntetiserar genom att ta till sig koldioxid, vatten och oorganiska näringsämnen, som tillsammans med solljuset gör att de kan producera syre och organiska föreningarna: glycerol, glukos och alanin. (Internet 2. Korallrev.se1) Korallreven har en stor betydelse för havets ekosystem, då de fungerar som habitat för många arter och är därmed viktiga för den biologiska mångfalden. Dessutom fungerar korallreven också som vågbrytare och skydd för att minska effekter av stormar och tsunamivågor. Under senare tid har olika hot mot korallerna skapat problem som påverkar korallerna och leder till att de riskerar att minska i antal. Ett av problemen är den globala uppvärmningen som ger upphov till varmare vattentemperaturer och då påverkar korallernas motstånd. (Internet 3. WWF) Korallblekning är den vanligaste och allvarligaste effekten av den globala uppvärmningen. Den orsakas genom att korallrevens zooxantheller stöts ut eller förlorar sitt fotosyntetiserande pigment. (Internet 4. korallrev.se2) Däremot har korallerna en naturlig resiliens som är en biologisk förmåga att kunna återhämta sig efter störningar i naturen. (Internet 5. NOAA) Frågan är om korallerna klarar av att med hjälp av resiliensen kunna motstå temperaturökningen och därmed anpassa sig till ett varmare klimat. 1 Metod Följande sökbegrepp formulerades: Coral reef resistance warmer temperatures Coral reef resilience warmer temperatures Coral reef resistance climate change Följande databaser användes: Google Scholar Google (endast för det första sökbegreppet) Följande kriterier formulerades: Studierna ska vara relevanta ämnen till frågeställningen som då besvarar om korallrev kan anpassa sig vid temperaturökningar och i så fall varför de kan anpassa sig. Studierna ska vara vetenskapliga artiklar, offentliga dokument som rapporter, undersökningar och utvärderingar som har baserats på studier samt kostnadsfria så att de är tillgängliga för alla. Studierna behöver inte följa några artrestriktioner eller geografiska restriktioner. Källan ska uppfylla tendenskriteriet, det vill säga, författaren ska inte ha ett intresse att påverka läsaren i en viss riktning. Källan ska vara anpassad till tidskriteriet. Studien ska därför inte vara publicerad för mer än 10 år sedan. När sökningen var gjord, gicks de tio första sökträffarna på varje sökbegrepp igenom. Källorna granskades och bedömdes om de följde sökkriterierna. En del av källorna krävde betalning för att kunna läsas, en del var mer än 10 år gamla, några var inte baserade på studier och en del var inte relevanta för frågeställningen. De källorna som följde sökkriterierna, valdes ut och studerades för att kunna besvara frågeställningarna. Metoden som har använts har kunnat få fram källor som har besvarat rapportens två frågeställningar, då de använda databaserna har baserat sökningen på sökbegreppen. Man har då fått fram ett resultat med många källor som är kopplade till sökbegreppen och därmed besvarar rapportens frågeställningar. Men användningen av metod kan kritiseras, eftersom databaserna som har använts ständigt kan ändra sökresultat. Studien kan därför kanske inte upprepas, för att sökresultaten kan ha ändrats. Resultat Sökningen gav följande träffar Begrepp Coral reef resistance warmer temperatures Coral reef resilience warmer temperatures Coral reef resistance climate change Antal träffar på Google Scholar 19400 Antal träffar på Google 15000 - 26600 - 307000 2 De tio första sökträffarna gicks igenom för att undersöka om de följde sökkriterierna. Följande antal källor valdes ut. Begrepp Antal valda träffar på Google Antal valda träffar på Scholar Google Coral reef resistance warmer 2/19400 2/307000 temperatures Coral reef resilience warmer 1/15000 temperatures Coral reef resistance climate 1/26600 change Tre av källorna på Google refererade till samma studie, så den primära studien valdes ut. En sammanslagning av källornas innehåll ger följande resultat Titel Författare Projecting coral reef futures John M. Pandolfi, Sean R. under global warming and Connolly, Dustin J. ocean acidification Marshall, Anne L. Cohen Coral reefs under rapid O. Hoegh-Guldberg, P. J. climate change and ocean Mumby, A. J. Hooten, R. S. acidification Steneck, P. Greenfield, E. Gomez, C. D. Harvell, P. F. Sale, A. J. Edwards, K. Caldeira, N. Knowlton, C. M. Eakin, R. Iglesias-Prieto, N. Muthiga, R. H. Bradbury, A. Dubi, M. E. Hatziolos Status of Coral Reefs of the Clive Wilkinson world: 2008 The role of zooxanthellae in Ray Berkelmans, Madeleine the thermal J. H. van Oppen tolerance of corals: a ‘nugget of hope’ for coral reefs in an era of climate change Effects of Climate Change/Global Warming on Coral Reefs: Adaptation/Exaptation in Corals, Evolution in Zooxanthellae, and Biogeographic Shifts Mechanisms of Reef Coral Resistance to Future Climate Change Kan koraller anpassa sig? Ja, det är möjligt. Nej, kanske endast förändringar eller anpassningar som är temporära. Nej Ja vissa arter, men kanske inte i tillräcklig utsträckning. Paul W. Samarco and Kevin B. Strychar Ja, det är möjligt för vissa arter. Stephen R. Palumbi, Daniel J. Barshis, Nikki TraylorKnowles, Rachael A. Bay Ja det är möjligt, men kanske inte för alla arter. 3 Titel Projecting coral reef futures under global warming and ocean acidification Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification Status of Coral Reefs of the world: 2008 The role of zooxanthellae in the thermal tolerance of corals: a ‘nugget of hope’ for coral reefs in an era of climate change Effects of Climate Change/Global Warming Författare Hur kan koraller anpassa sig? John M. Pandolfi, Sean R. Om man har flera Connolly, Dustin J. zooxantheller så kan man Marshall, Anne L. Cohen skifta till en mer värmetålig zooxanthellae. Koraller och zooxantheller kommer att bli värmetåliga genom evolutionen, t.ex. genom mutationer. O. Hoegh-Guldberg, P. J. Kraftiga värmeförändringar Mumby, A. J. Hooten, R. S. skapar en kritisk situation för Steneck, P. Greenfield, E. korallerna att kunna anpassa Gomez, C. D. Harvell, P. F. sig. Sale, A. J. Edwards, K. Korallerna kanske kan Caldeira, N. Knowlton, C. anpassa sig tillfälligt och M. Eakin, R. Iglesias-Prieto, förändras genom N. Muthiga, R. H. Bradbury, evolutionen, men A. Dubi, M. E. Hatziolos anpassningen har en för liten påverkan för att korallerna ska kunna klara sig. Clive Wilkinson Genetiska förändringar i korallerna och zooxanthellerna eller skiftning till mer värmetåliga zooxantheller är inte tillräckligt effektiva för att klara av de snabba klimatförändringarna. En väg till anpassning kan vara ”Darwins selektionsmodell” som säger att de mest värmetåliga klarar sig i framtiden. Ray Berkelmans, Madeleine Vissa koraller kan utveckla J. H. van Oppen värmetålighet genom att skifta till zooxantheller som tillhör kladen D (det finns olika typer av zooxantheller som är indelade i grupper som kallas för klader), men ökningen i värmetålighet är dock kanske inte tillräcklig för att klara av klimatförändringen. Paul W. Samarco and Kevin B. Strychar Koraller är mer värmetåliga än zooxanthellerna. Endast några korallarter kan byta ut 4 on Coral Reefs: Adaptation/Exaptation in Corals, Evolution in Zooxanthellae, and Biogeographic Shifts Mechanisms of Reef Coral Resistance to Future Climate Change Stephen R. Palumbi, Daniel J. Barshis, Nikki TraylorKnowles, Rachael A. Bay zooxantheller mot klader med mer värmetåliga zooxantheller. Naturlig selektion av symbionter kan då vara en utväg för att koraller ska överleva i framtiden. En väg till anpassning kan också vara att zooxanthellerna blir mer värmetåliga genom en mutation. Koralldjur har olika genuttryck beroende på hur mycket stress de utsätts för. Koralldjur kan också anpassas genom att de förändras genom evolutionen. Diskussion Projecting coral reef futures under global warming and ocean acidification menar att koralldjuren är olika känsliga för höga temperaturer beroende på vilken korallart det är och därmed bleks de i olika grader. Artikeln säger att koralldjur kommer att genomgå förändringar genom evolutionen som gör att de kommer att bli värmetåliga, till exempel så kan det ske genom en mutation. Eftersom koralldjuren är beroende av zooxantheller så påverkar det i vilken grad de kommer att utvecklas genom evolution. Zooxanthellerna ses som mindre värmetåliga än koralldjuren, vilket gör att de dör snabbare än koralldjuren. Men zooxanthellerna har kortare levnadsperiod än koralldjuren, så zooxanthellerna kanske visar snabbare förändringar genom evolutionen. Ett annat anpassningssätt för koralldjur är genom en fenotypisk förändring, vilket betyder att korallerna anpassar sig till klimatförändringar utan genetiska förändringar. Modeller visar att fenotypisk förändring stärker förekomsten samt evolutionen för organismer som står inför klimatförändringar. Artikeln menar att anpassning till högre temperaturer redan pågår då det har påvisats att koraller har skiftat till mer värmetåliga zooxantheller efter att de har utsatts för korallblekning. Men det finns konsekvenser för fenotypiska förändringar. När koraller väljer att skifta till mer värmetåliga zooxantheller kan det leda till begränsningar av zooxantheller som resulterar i minskad mångfald. Detta kan också ha implikationer för korallernas förmåga att i framtiden kunna klara av förändringar. Både anpassning och förändringar genom evolution är beroende av naturen och genetisk variation. För att anpassning och evolutionära förändringar ska ske, så behövs det en genetisk variation. Genetiska begränsningar kan annars påverka anpassningens omfattning och riktning. Dessutom kan det leda till förändringar av andra egenskaper. Artikeln säger att korallernas framtid beror på om deras anpassning kommer att ske i den utsträckning som gör att de hänger med den snabba klimatförändringen vi genomgår. Matematiska modeller visar att det finns olika scenarion, allt från att korallerna kommer att ha dött fram till mitten av seklet eller att de kommer att finnas kvar i samma mängd fram till år 2100 och framåt. Enligt artikeln menar de flesta forskarna att de koraller som är känsliga för värme, kommer att minska i antal. Men artikeln påstår också att de koraller som är mer 5 känsliga för blekning oftast har snabbare återhämtning, så de kanske kan öka i antal istället för att minska. Fast det beror helt på demografiska förutsättningar, tolerans mot värme och andra påfrestningar. Dessutom kan koralldjuren kanske genomgå snabbare förändringar genom evolution om de får en kortare generationstid på grund av värmekänslighet. Förändringarna kan då leda till en ökad tolerans för blekning. Koralldjurens förmåga till anpassning kan dock försämras om det finns andra störningar som försvårar situationen för korallerna. Artikeln ger därför förslag på arbete som ska minska påfrestningar på korallerna. Det viktigt att försöka minska utsläppen av växthusgaser, minska påfrestningar som kustbygge, överfiske samt att man ska arbeta för bevarandet av korallrev. Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification menar att ökade temperaturer skapar en kritisk situation för koralldjuren och man förutser att koralldjuren kommer att vara väldigt få under 2200 talet. De klimatförändringar som korallerna har utsatts för under de senaste 50 åren redan har påverkat de så att de har förts till sina absoluta gränser för värmetolerans. Man påstår att fysiologiska anpassningar eller förändringar genom evolution bara är tillfälliga och kan skapa mer tid innan olika scenarion inträffar. Artikeln menar att det inte finns bevis för att koraller och zooxantheller kan anpassa sig tillräckligt mycket för att motstå korallblekning. Koraller kommer inte att kunna anpassa sig tillräckligt mycket då anpassningens påverkan är för liten för att överleva. En skiftning av zooxantheller har inte heller tillräckligt hög påverkan för att nå anpassning av värme. Dessutom leder korallernas långa generationstid tillsammans med en låg genetisk variation till att de anpassas väldigt långsamt. Förutom att försöka minska utsläpp av koldioxid, föreslår också artikeln att man ska minska dålig vattenkvalitet och kustförorening så att man kan hjälpa koralldjuren på vägen. Status of Coral Reefs of the world: 2008 säger att korallerna inte kommer att kunna anpassa sig då genetiska förändringar i korallerna och zooxanthellerna inte är tillräckligt effektiva för att de ska hinna med de snabba klimatförändringarna. Källan säger att koralldjuren redan har nått sin gräns för värmetålighet. Under de senaste 20 åren har korallernas värmetålighet varit stabil utan någon märkvärd ökning. Den ökade blekningen och dödligheten bland koraller visar också att tåligheten för värme inte har utvecklats tillräckligt snabbt för att hindra blekning. Snabbare utveckling av värmetålighet genom att skifta till mer värmetåliga zooxantheller skulle inte heller fungera, då det inte finns bevis för att värmetåligheten kan utvecklas så snabbt. En väg för anpassning är dock ”Darwins selektionsmodell” som säger att de tåliga kommer att klara sig. Källan menar att korallerna kommer att minska i antal då de mest känsliga korallerna dör ut, men att de förhoppningsvis ersätts med mer värmetåliga koraller. Nackdelen med detta är att den biologiska mångfalden minskar. För att koralldjur ska kunna anpassa sig till varmare temperaturer i vattnet, måste utsläpp av växthusgaser måste stabiliseras eller minskas och man måste bevara samt öka korallernas resiliens genom att minska dålig vattenkvalitet, skadliga fiskemetoder och skydda deras habitat mot skador. Resiliensen är viktig då den hjälper korallerna att återhämta sig efter störningar som inträffar på grund av klimatförändringen. The role of zooxanthellae in the thermal tolerance of corals: a ‘nugget of hope’ for coral reefs in an era of climate change menar att zooxantheller är mer värmekänsliga än själva korallerna. Genom att skifta till zooxantheller som är mer värmetåliga, kan koraller utveckla sin värmetålighet. Studien visar att koraller från arten ”Acropora millepora”, som har blivit utsatt för blekning, innehåller en större andel zooxantheller från klad D, genom att de då har skiftat zooxantheller från C till D, som är mer värmetålig och tolerant mot stress. Man behöver dock forska kring vilka koraller som kan byta symbionter. Studien menar att korallernas förmåga att överleva den globala klimatförändringen beror på i hur stor 6 utsträckning de kommer att kunna anpassa sig. Ökningen i värmetålighet kanske inte är tillräcklig för att klara av temperaturförändringen de kommande 100 åren, utan det kanske bara är en tillfällig lösning för att vinna tid. Effects of Climate Change/Global Warming on Coral Reefs: Adaptation/Exaptation in Corals, Evolution in Zooxanthellae, and Biogeographic Shifts påstår att zooxanthellerna är känsliga för värmeökningar medan korallerna är mer resistenta. Antingen har koralldjuren anpassat sig eller så har de redan varit anpassade från början. Källan säger att studier har visat att vid 30 °C dör zooxanthellerna medan korallerna inte visar några tecken på celldöd eller vävnadsdöd förrän vid 36 °C. Man menar då att det oftast inte är korallerna som dör först, utan det är deras zooxantheller som dör, vilket leder till att den fotosyntetiska processen slutar fungera, och resulterar i att koralldjuren dör. För att koralldjuren ska klara sig behöver alltså zooxanthellerna att bli mer värmetåliga. En väg för anpassning av zooxantheller är att det sker en mutation som leder till att värmetåligheten ökar. Sannolikheten är större att det sker en mutation för organismer som har en kortare generationstid, vilket alltså gynnar zooxanthellerna. Det är även bevisat att koralldjuren kan skifta till zooxantheller som är mer värmetåliga, men källan menar att endast några korallarter kan byta ut symbionter mot klader som är mer värmetåliga. Naturlig selektion av zooxantheller kan då vara en utväg för att koraller ska överleva i framtiden, vilket betyder att de zooxantheller som är mer toleranta mot värme klarar sig medan de som är mer känsliga för värme dör ut. Källan förutser att korallerna kommer att genomgå vissa förändringar för att försöka anpassa sig. Värmekänsliga koraller kommer då att dö ut, det kommer att ske geografiska förändringar när temperaturer ökar så att koraller lever i zoner där de kan överleva och koralldjuren kan komma att leva djupare i vattnet. Mechanisms of Reef Coral Resistance to Future Climate Change visar att koralldjur klarar av att både bli resistenta mot klimatförändringar på kort sikt, men även kan anpassa sig på lång sikt. Studien testade korallarten ”A. hyacinthus”, som är mycket känslig för stress i omgivningen, genom att ta reda på om arten är mer värmetålig om den tidigare har utsatts för värmepåfrestningar samt om arten kan anpassa sig om den ändrar habitat. Resultatet visade att de korallerna som tidigare hade utsatts för påfrestningar faktiskt var mer resistenta mot värmepåfrestning. Men koraller som har utsätts för mindre påfrestningar tidigare, kunde fortfarande anpassa sig fysiologiskt så att de blev mer värmetåliga. Studien visar att koralldjuren inte behöver byta zooxantheller vid utsättning för värmestrålning, utan de anpassar sig istället genom olika genuttryck. Man påstår också att resistans mot värme kan uppstå snabbare genom genuttryck än den naturliga selektionen. Däremot vet man inte om andra korallarter kan anpassas sig eller förändras genom evolutionen för att klara av varmare temperaturer. Hur bra koralldjur klarar sig i framtiden, beror på om andra koralldjur kan motstå värmeökningar och hur bra de kan motstå värmeökningar. För att koralldjuren ska kunna finnas kvar under klimatförändringen behöver det ske geografiska förändringar, förändringar genom evolution eller att lokala koralldjur anpassar sig. Förändringar genom evolution kan ske långsamt eller snabbt beroende på om arten har långa eller korta generationstider. Studien påstår att nya modeller visar att koraller kan anpassas över 40 års tid. Men man menar också att flera stressfaktorer tillsammans, som försurning och värmepåfrestningar kan minska koralldjurens förmåga att anpassa sig. Slutsats Det finns bevis på att vissa korallarter har en förmåga att anpassa sig. Detta kan ske genom geografiska förändringar, genom att de skiftar till mer värmetåliga zooxantheller, genom att 7 korallerna eller zooxanthellerna förändras genom evolutionen och blir mer värmetåliga samt genom att de har olika genuttryck beroende på var de lever. Det är dock viktigt att människor inte börjar förlita sig på att koralldjuren kommer att klara sig, bara för att det finns bevis på att de har förmågan att anpassa sig. Man vet ännu inte i hur stor utsträckning koralldjuren och deras zooxantheller kommer att kunna anpassa sig till ökade temperaturer. Därmed är det svårt att avgöra om koralldjuren kommer att kunna leva i framtiden och hur stor del som kommer att klara sig i så fall. Deras anpassning kan dessutom ha konsekvenser i framtiden, till exempel att den biologiska mångfalden minskar på grund av den naturliga selektionen. En fortsatt forskning av koralldjurens anpassning borde undersöka exakt vilka korallarter som klarar av att anpassa sig samt var gränsen för deras värmetolerans går. För att hjälpa korallerna så mycket som möjligt, behöver man minska påfrestningar som kan försvåra deras anpassning eller återhämtning. Därför är det viktigt att man arbetar för att minska utsläpp av växthusgaser, skydda deras habitat och minska dålig vattenkvalitet, kustföroreningar, skadliga fiskemetoder samt överfiske. Genom att minska störningar i naturen, kan man skapa förutsättningar för en säker framtid för koralldjuren och deras förmåga att anpassa sig kan hjälpa dem att överleva klimatförändringar som har påverkat dem hittills samt för att klara av eventuella störningar i framtiden. 8 Källförteckning (Spalding, Grenfell 1997) Spalding MD and Grenfell AM (1997). "New estimates of global and regional coral reef areas". Coral Reefs 16 (4): 225. doi:10.1007/s003380050078. (Spalding, Ravilious, Green 2001.) Spalding, Mark, Corinna Ravilious, and Edmund Green (2001). World Atlas of Coral Reefs. Berkeley, CA: University of California Press and UNEP/WCMC ISBN 0520232550. (Mulhall 2009) Mulhall M (Spring 2009) Saving rainforests of the sea: An analysis of international efforts to conserve coral reefs Duke Environmental Law and Policy Forum 19:321–351. (Internet 1. korallrev.se1) http://korallrev.se/korallersbiologi.html (Internet 2. Korallrev.se1) http://korallrev.se/korallersbiologi.html (Internet 3. WWF) http://www.wwf.se/vrt-arbete/arter/1572749-korallrev (Internet 4. korallrev.se2) http://korallrev.se/globalaklimatforandringarochkorallblekning.html (Internet 5. NOAA) http://coralreef.noaa.gov/conservation/keythreats/ Projecting coral reef futures under global warming and ocean acidification http://faculty.bennington.edu/~sherman/coral%20reef%20bio/coral%20reef%20futures2011.p df Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification http://www.oceanswatch.net/sites/default/files/2007_Hoegh_Coral%20reefs%20and%20rapid %20climate%20change%20ocean%20acidification.pdf Status of Coral Reefs of the world: 2008 http://icriforum.org/sites/default/files/CLIM%20Acid%20and%20temps%20FINAL%20CH1 %20-%20Dec08_0.pdf The role of zooxanthellae in the thermal tolerance of corals: a ‘nugget of hope’ for coral reefs in an era of climate change http://faculty.wwu.edu/~shulld/ESCI%20432/Berkelmans2006.pdf Effects of Climate Change/Global Warming on Coral Reefs: Adaptation/Exaptation in Corals, Evolution in Zooxanthellae, and Biogeographic Shifts http://www.environmentalindicatorsjournal.net/Journal/DisplayArticle/tabid/57/ArticleId/106/ Effects-of-Climate-Change-Global-Warming-on-Coral-Reefs-Adaptation-Exaptation-inCorals-Evolution-in.aspx Mechanisms of Reef Coral Resistance to Future Climate Change http://palumbi.stanford.edu/manuscripts/Palumbi%202014%20science.pdf 9