Velrybí pád - Whale fall
K pádu velryby dochází, když zdechlina velryby spadla na dno oceánu v hloubce větší než 1 000 m (3 300 stop), v batyálních nebo propastových zónách . Na mořském dně mohou tyto jatečně upravená těla vytvářet složité lokalizované ekosystémy, které dodávají obživu hlubinným organismům po celá desetiletí. To je na rozdíl od mělčích vod , kde mrtvoly velryby budou po relativně krátkou dobu konzumovány mrchožrouty . Pády velryb byly poprvé pozorovány na konci 70. let minulého století s rozvojem hlubinného robotického průzkumu . Od té doby bylo sledováno několik přírodních a experimentálních pádů velryb pomocí pozorování z ponorek a dálkově ovládaných podvodních vozidel ( ROV ), aby bylo možné porozumět vzorcům ekologické posloupnosti na hlubinném mořském dně.
Pády hlubinných velryb jsou považovány za hotspoty adaptivního záření pro specializovanou faunu. Organismů, které byly pozorovány u hlubinných velryba pokles lokality patří obří stejnonožci , squatovat humry , polychaetes , krevety , krevety , langusty , sliznatek , Kostižerky , kraby , mořské okurky a spící žraloci . Byly objeveny nové druhy, včetně některých potenciálně specializujících se na pády velryb. Předpokládalo se, že pády velryb vytvářejí biodiverzitu poskytováním evolučních odrazových můstků pro více linií k pohybu a přizpůsobení se novým biotopům náročným na životní prostředí. Vědci odhadují, že 690 000 jatečně upravených těl/koster devíti největších druhů velryb je v jednom okamžiku v jedné ze čtyř fází nástupnictví. Tento odhad předpokládá průměrnou vzdálenost 12 km (7,5 mil) a pouhých 5 km (3,1 mil) podél migračních tras. Předpokládají, že tato vzdálenost je dostatečně krátká, aby se larvy mohly rozptýlit/migrovat z jednoho do druhého.
K pádům velryb může docházet v hlubokém otevřeném oceánu v důsledku nízkých teplot a vysokých hydrostatických tlaků. V pobřežním oceánu vyšší výskyt predátorů a také teplejší vody urychlují rozklad mrtvých těl velryb. Jatečně upravená těla mohou také plavat v důsledku rozkladných plynů, přičemž jatečně upravená těla zůstávají na povrchu. Těla většiny velkých velryb (včetně velryb spermatu a mnoha druhů velryb ) jsou o něco hustší než okolní mořská voda a pozitivně se vznášejí, až když jsou plíce naplněny vzduchem. Když se plíce vyfouknou, jatečně upravená těla velryb se mohou dostat na mořské dno rychle a relativně neporušená kvůli nedostatku významných lapačů velryb ve vodním sloupci. Jakmile jsou v hlubokém moři, nízké teploty zpomalují rychlost rozkladu a vysoké hydrostatické tlaky zvyšují rozpustnost plynu, což umožňuje, aby pády velryb zůstaly nedotčené a potopily se do ještě větších hloubek.
Příspěvek k biologickému čerpadlu
Množství uhlíku svázaného v typické jediné jatečně upravené velrybí kostře (asi dvě tuny uhlíku u typické 40tunové zdechliny) je zhruba ekvivalentní množství uhlíku vyvezeného na hektar propastného oceánského dna za 100–200 let. Toto množství organického materiálu, které narazí na mořské dno, vytvoří puls ekvivalentní asi 2000 let pozadí uhlíkového toku v 50 metrech čtverečních sedimentu bezprostředně pod pádem velryby. To pomáhá udržovat komunitní strukturu, která se vyvíjí kolem pádu velryby, ale má také potenciální důsledky pro biologické čerpadlo nebo tok organického materiálu z povrchového oceánu do hloubky.
Velryby a některá další velká mořská zvířata se živí a sledují velké agregace zooplanktonu pro výživu. Na základě jednoduché trofické struktury by to znamenalo, že velryby a další velké krmítka pro zooplankton lze nalézt ve vyšším množství v oblastech s vysokou primární produkcí, což z nich potenciálně činí důležité vývozce uhlíku do hloubky prostřednictvím pádů potravin. Modely biologických čerpadel naznačují, že velké množství absorpce uhlíku v hlubinách není zásobováno pouze organickým uhlíkem (POC) a musí pocházet z jiného zdroje. Laterální adheze uhlíku, zejména v pobřežních oblastech, přispívá k tomuto deficitu v modelu, ale pády potravin jsou také dalším zdrojem organického uhlíku pro hluboký oceán. Byla vyslovena hypotéza o různých procentech příspěvku poklesu potravin k celkovému toku uhlíku do hlubokého oceánu, v rozmezí od 0,3% do 4%.
Existuje stále více důkazů, že příspěvek potravinových pádů k hlubinnému toku uhlíku v oceánu je větší, než se původně předpokládalo, zejména v místním měřítku v oblastech s vysokou primární produktivitou. Příspěvky pádů potravin do biologické pumpy se bohužel obtížně měří a spoléhají na několik serendipitózních studií o objevených pádech, jakož i na osázené jatečně upravená těla, přičemž většina studií hlubinného uhlíkového toku se spoléhá na lapače sedimentů.
Objev
Nejčasnější známka toho, že jatečně upravená těla velryb mohou hostit specializovaná zvířecí společenství, se objevila v roce 1854, kdy byl z kusu plovoucího velrybího tuku vytěžen nový druh mušle . By 1960, hlubinné trawlery neúmyslně obnovit další nové měkkýšů druhů, včetně kuželnatky (pojmenovaný Osteopelta ) připojených k velrybích kostí.
První zaznamenaný pád hlubinné velryby objevili piloti Bathyscaphe amerického námořnictva LT Ken Hanson, hlavní náčelník George Ellis a LT Tom Vetter potápění v batyskafu Trieste II (DSV-1) 19. února 1977. Kostra jatečně upraveného těla, která byla zcela zbavena organické tkáně, zůstaly neporušené a zhroutily se naplocho na mořské dno. Ponorka získala čelistní kost a falangy. Velryba byla považována za šedou velrybu na základě velikosti kostí a kostry, nedostatku zubů a polohy západně od Santa Cataliny.
První ekosystém pádu velryb, který zahrnoval chemoautotrofní soubor žijící na anaerobním rozpadu organického materiálu v kostech velryb, objevil tým vědců vedený oceánografem University of Hawaii Craigem Smithem v roce 1987. DSV Alvin pozoroval pozůstatky pomocí skenování sonar na 1 240 m (4 070 stop) v povodí Cataliny a shromáždil první fotografické snímky a vzorky zvířat a mikrobů z této pozoruhodné komunity.
Mnoho dalších velrybích pádů od té doby objevilo více výzkumníků a hlubinných průzkumníků i námořních ponorek . Nárůst detekce je do značné míry způsoben použitím špičkového sonaru s bočním skenováním, který dokáže každou minutu prozkoumat dno oceánu, zda neobsahuje velké množství hmoty.
Ekologie
Pády velryb jsou distribuovány heterogenně v prostoru a čase, s koncentrací podél migračních tras. Tyto velrybí pády přes oceány se hodně překrývají. Mušle a vesicomyidové škeble patří do skupin, které v sobě skrývají chemosyntetické bakterie, které mohou čerpat energii z anorganických chemikálií , jako je síra. Než byla jejich přítomnost objevena u velrybích pádů, jediným známým stanovištěm těchto skupin bylo potopené dřevo a hydrotermální průduchy . Podobně bylo dříve známo , že lucinidní škeble obývají prosaky uhlíku a anoxické sedimenty mořského dna . Osedax, rod hlubinných mnohoštětinatých červů, působí jako ekosystémoví inženýři tím, že vylučují kyselinu, která rozrušuje kosti velryb a absorbuje živiny uvězněné uvnitř. To zvyšuje biologickou rozmanitost v hlubokém moři zvýšením difúze vody do matrice kostí a usnadněním kolonizace kostní matrice vzácnějšími druhy. Osedax má dramatičtější účinky u mladistvých koster, které nejsou tak kalcifikované jako kostry dospělých.
Na lokalitách pádu velryb je běžné vidět tři až pět trofických úrovní, přičemž základ potravinové sítě tvoří dva hlavní nutriční zdroje. Jatečně upravená těla dospělých velryb mohou mít až pět trofických úrovní, zatímco mladiství mají typicky tři.
Nedávné studie také ukazují možný trend „dvojitého mezerového dělení“, kdy mrchožrouti mají tendenci dosahovat špičkových hustot na jatečně upraveném těle během dne a dravci jsou více přítomni v noci, což snižuje konkurenci mezi těmito dvěma trofickými skupinami. Existuje také možný trend v přílivových vzorech a výskytu druhů, což naznačuje, že příliv a odliv hrají roli i přílivové příčky.
Podobné ekosystémy existují, když další velké objemy materiálu bohatého na živiny spadnou na mořské dno. Potopené postele řasy vytvářejí pády řasy a velké stromy se mohou potopit a vytvářet pády dřeva. V posledních letech ztroskotaly lodě také základny pro hlubinná společenství. V ekosystémech vytvořených po události pádu velryby existují čtyři etapy ekologické posloupnosti.
Fáze ekosystému
S pádem velryby jsou spojeny čtyři stupně rozkladu. Tyto fáze se liší délkou trvání a navzájem se překrývají s velikostí jatečně upraveného těla, hloubkou vody a dalšími environmentálními proměnnými, jako je přílivový tok. Zdá se, že velké neporušené pády velryb procházejí čtyřmi stupni rozkladu, zatímco stupně na menších nebo částečných zdechlinách mohou být zkráceny. Menší kytovci, jako jsou sviňuchy a delfíni, nepodléhají stejným fázím ekologické sukcese kvůli své malé velikosti a nižšímu obsahu lipidů. Vědci se domnívají, že přítomnost červů Osedax může také přispívat k pozorovaným postupným rozdílům.
Fáze 1
Počáteční období začíná tím, že „mobilní mrchožrouti“, jako jsou ježci a pražci, aktivně konzumují měkkou tkáň z těla. Spotřeba může být 40–60 kilogramů (88–132 liber) za den. Tato fáze obvykle trvá měsíce až 1,5 roku.
Fáze 2
Druhá fáze představuje „oportunisty obohacení“. Jedná se o zvířata, která kolonizují kosti a okolní sedimenty, které byly kontaminovány organickou hmotou z jatečně upraveného těla a jakékoli jiné tkáně zanechané mrchožrouty. Tato fáze může trvat měsíce až 4,5 roku.
Fáze 3
Ve třetí fázi sulfofilní bakterie anaerobně rozkládají lipidy uložené v kostech. Místo kyslíku snižují rozpuštěný síran ( SO2-
4) a vylučovat sirovodík . Vzhledem k toxicitě H
2S , přežívají pouze odolné chemosyntetické bakterie. Tyto bakteriální rohože poskytují potravu pro mušle, škeble, kuželnatky a mořští plži. Protože kosti velryby jsou bohaté na lipidy, což představuje 4–6% její tělesné hmotnosti, může konečná fáze trávení trvat 50 až 100 let.
Fáze 4
Někteří vědci předpokládají čtvrtou etapu ekologické posloupnosti v lokalitách spadajících velryb, která se nazývá „fáze útesu“. Pád velryby vstupuje do této fáze, jakmile jsou organické sloučeniny vyčerpány a v kostech zůstávají pouze minerály, které poskytují tvrdý substrát pro suspenzní a filtrační krmítka.
Methanogeneze
Proces nazývaný methanogeneze může také nastat kolem pádů velryb. Archaea, která produkuje metan, může být hojná v anoxickém sedimentu, ale obvykle se nevyskytuje ve společném výskytu s bakteriemi snižujícími obsah síry nacházejícími se při pádu velryb. Pády velryb však podporují jak bakterie redukující síru, tak archea produkující metan, což vede k závěru, že oblast není omezena donorem elektronů a/nebo existuje minimální nebo žádná konkurence pro vhodný substrát. Koncentrační gradienty sulfidu a metanu lze nalézt kolem velrybářských pádů, přičemž nejvyšší koncentrace je do jednoho metru od jatečně upraveného těla, což je o několik řádů vyšší než koncentrace okolního sedimentu. Methanogeneze se objevuje pouze v sedimentech, na rozdíl od redukce síry, ke které dochází jak v sedimentech, tak na kostech jatečně upraveného těla. Přidání redukce síry jak v sedimentech, tak v kostech velryb s velkými lipidy je klíčovým faktorem, proč jsou velrybí pády schopné dlouhodobě udržovat hlubinná společenství.
Paleontologie
Zkameněliny padající z velryb z pozdního eocénu a oligocénu (34–23 MYA ) ve Washingtonu a z pliocénu v Itálii zahrnují škeble, které obývaly také nechemosyntetické prostředí. Chemosyntetická zvířata se objevují až v miocénu (23–5 MYA) v Kalifornii a Japonsku. Může to být proto, že obsah lipidů v raných velrybích kostech byl příliš nízký. Jak se prehistorické velryby vyvíjely tak, aby žily v pelagických vodách a hlouběji se potápěly, strukturální změny v jejich anatomii zahrnovaly zvětšení velikosti, snížení hustoty kostí a vyšší obsah lipidů. Je to kvůli tomuto zvýšenému obsahu lipidů, který vedl k vytvoření chemosyntetických komunit v hlubokém moři.
Objev limpeta Osteopelta v eocénní novozélandské želví kosti naznačuje, že tato zvířata se vyvinula před velrybami, včetně pravděpodobně obývajících druhohorní (251–66 MYA) plazů. Mohli přežít v průsakech, pádech dřeva a větracích otvorech, zatímco čekali na 20 milionů let rozdíl mezi vyhynutím plazů a vznikem velryb. Další možností je, že tyto zkameněliny představují předchozí, slepou evoluční cestu a že se dnešní živočichové padající z velryb vyvinuli nezávisle.
Antropogenní účinky
Bylo navrženo, že velrybářský průmysl má vliv na biologickou pumpu odstraněním mnoha velkých velryb, což snižuje množství pádů velryb. Účinky tohoto na společenské sestavy bentických velryb padlých nejsou dobře známy. Navrhuje se však, aby odstranění velkých velryb snížilo celkovou biomasu hlubinného moře o více než 30%. Velryby skladovaly obrovské množství uhlíku, který byl exportován do hlubokého moře během událostí pádu velryb. Lov velryb tak také snížil schopnost hlubin zadržovat uhlík. Uhlík lze v hlubokém moři izolovat stovky až tisíce let a podporovat tak bentická společenství. Odhaduje se, že pokud jde o sekvestraci uhlíku, každá velryba odpovídá tisícům stromů.
Kontrast s jinými velkými pády jídla
Byly také provedeny studie založené na jatečně upravených tělech jiných mořských obratlovců, kteří nejsou savci, kteří spadli do hlubokého moře. Zejména náhodný objev jatečně upraveného těla velrybího žraloka a tří těl mobulidských paprsků vedl k pozorování komunit, které tvoří okolní velké pády elasmobranch, na rozdíl od pádů velryb. Žraloci velrybí pravidelně obývají vody zhruba v hloubce 1 000 metrů, což naznačuje, že by mohlo jít o pravidelnou formu padání potravy v oblastech, kde je hojně. V okolí žraloka velrybího bylo nalezeno mnoho úhořů (Zoarcidae) s určitými důkazy o přímém krmení, protože na jatečně upraveném těle byly pozorovány vrty. Další teorie naznačuje, že úhoři čekali na svou hlavní kořist, amphipody a další malá bentická zvířata. Tři nalezené paprsky byly v různých fázích rozkladu, což vedlo k různým souborům nalezeným kolem jednotlivců. Vyšší množství mrchožroutů bylo nalezeno v okolí nedotčenějších jedinců, včetně mrchožroutů typických pro velrybí pády jako okoun. Kolem nejméně neporušeného jedince byla v zóně obohacení pozorována bakteriální rohož , ale škeble ani mušle typické pro pády velryb nebyly pozorovány.
Celkově čtyři pozorovaná jatečně upravená těla nevykazovala žádný důkaz o postupu skrz fázi úklidu. Omezení velikosti a fyziologické rozdíly mezi velkými elasmobranchy a velrybami více než pravděpodobné způsobují změny pozorované v komunitách obklopujících jejich mrtvá těla. Červi Osedax mají schopnost extrahovat kolagen z kostí i lipidů, což jim umožňuje udržovat se na jiných kostech než na zbytky velryb bohaté na lipidy. Ačkoli v této studii nebyl na ostatcích jiných savců nalezen žádný Osedax, jejich absence mohla být způsobena načasováním pozorování a Osedax ještě nekolonizoval jatečně upravená těla. Různé studie týkající se menších pádů potravy kytovců a jiných mořských obratlovců došly k podobným závěrům, že tyto pády přinášejí do hloubky velké množství nového organického materiálu, ale podporují většinou komunitu mrchožroutů, na rozdíl od různorodé soustavy pozorované při velrybích pádech. Tento závěr lze vyvodit na základě znalosti, že velké velryby mají mnohem vyšší obsah lipidů ve svém objemovém složení a kostní dřeni, což podporuje různorodá společenství přítomná za sebou při velrybích pádech.
Vědci porovnali jatečně upravená těla sauropodů s moderními událostmi při pádu velryb a uznali, že sauropodi dosáhli velikosti moderních kytovců. Mrtvá těla Sauropoda mohla být energeticky bohatými nádržemi, a protože neplavaly na velké vzdálenosti, mohly být primárními zdroji mnoha suchozemských masožravých dinosaurů.