Połączenie wiedzy paleontologów oraz badaczy współczesnych koralowców może wesprzeć działania na rzecz ocalenia raf.

Ekosystem prehistorycznych raf koralowych, którego pozostałości można znaleźć np. w Górach Świętokrzyskich, ok. 372 mln lat temu załamał się. Pierwszy etap wymierania przetrwała część gatunków koralowców, drugiego etapu - żaden. Współczesne ocieplenie mórz i oceanów oraz szkodliwa działalność ludzi mogą doprowadzić do podobnej katastrofy.

Projekt w tym obszarze realizował paleontolog dr hab. Mikołaj Zapalski, który w ramach Programu im. Bekkera pojechał do Australii, aby pracować na James Cook University w Townsville wraz ze specjalistami z Centrum Badań Rafowych (ARC Centre of Excellence for Coral Reef Studies; Coral CoE).

Dr hab. Mikołaj Zapalski w czasie nurkowań badawczych na Wielkiej Rafie Barierowej. Zdjęcie: Tom Bridge.

NAWA: Jak przebiegały kryzysy dewońskie, czyli masowe wymieranie różnych organizmów morskich, jeśli chodzi o rafy koralowe?

dr hab. Mikołaj Zapalski, Wydział Geologii Uniwersytetu Warszawskiego: Okresy syluru i dewonu to czas największego rozwoju raf koralowych w historii Ziemi, jednak wielkie wymieranie pod koniec tego drugiego okresu (ok. 372 mln lat temu) spowodowało załamanie ekosystemów rafowych. Dewońskie wymierania koralowców były dwuetapowe; i o ile drugiego etapu nie przetrwał żaden znany nam gatunek, to pierwszy etap przetrwało wiele gatunków, po którym wyewoluowały nowe.

Co było wówczas przyczyną wymierania koralowców?

Badania mojego zespołu (2017) wykazały, że najprawdopodobniejszą przyczyną dewońskiego wymierania raf był wzrost temperatur wody morskiej i związane z tym bielenie. O ile trzeba pamiętać, że przyczyny tego procesu mogły być bardzo złożone, przez analogię z rafami współczesnymi wydaje się, że temperatura, która w późnym dewonie przekroczyła 32°C, była głównym czynnikiem sprawczym wymarcia raf koralowych.

Czyli tamte dawne kryzysy są w pewien sposób podobne do zagrożeń, z którymi dziś zmagają się rafy koralowe?

Obecnie największym zagrożeniem raf koralowych jest bielenie (ang. bleaching). Koralowce budują rafy dzięki symbiozie z jednokomórkowymi glonami, a na skutek wzrostu temperatury wody wyrzucają komórki glonów. W efekcie ich wzrost zostaje zahamowany, a szkielet bieleje i koralowiec umiera.

Wody oceaniczne w paleozoiku różniły się nieco składem chemicznym od współczesnych, nieco inny był również skład atmosfery. Jednak wydaje się, że wspólnym mianownikiem wtedy i dziś był wzrost temperatury wody morskiej i bielenie. Można zatem sądzić, że przynajmniej pod tym względem współczesne zagrożenia raf są bardzo zbliżone do dewońskich.

Stypendysta NAWA podczas nurkowań badawczych na Wielkiej Rafie Barierowej. Zdjęcie: Tom Bridge.

Jak Pana projekt „Actualistic approach to Palaeozoic coral palaeontology” realizowany w ramach stypendium NAWA na James Cook University w Townsville może przyczynić się do poznania obecnych zagrożeń dla raf?

Celem mojego pobytu w Townsville było lepsze poznanie ekologii i biologii raf współczesnych po to, aby móc lepiej i dokładniej rozumieć analogiczne procesy rządzące rafami paleozoicznymi. Szczególnie interesują mnie tzw. „rafy cienia” (rafy mezofotyczne) – niedawno poznane ekosystemy rozwijające się zazwyczaj na większych głębokościach niż typowe, dobrze poznane rafy (zależy to od dostępności światła). W Coral CoE gościł mnie dr Tom Bridge, specjalista w zakresie badań takich raf, ale intensywnie współpracowałem też z prof. Andrew Bairdem, ekologiem rafowym.

Wstępne wyniki naszych badań pokazują, że obecność pewnych cech, związanych np. z porowatością szkieletu wpływała na przeżywalność koralowców. W naszych badaniach koncentrujemy się na takich cechach anatomii szkieletu koralowców, które występują zarówno u koralowców kopalnych i współczesnych. Jeśli więc uda się skorelować cechy anatomiczne z przeżywalnością w czasie kryzysów dewońskich, to mam nadzieję, że będziemy w stanie pokazać, które z grup współcześnie tworzących rafy mają potencjalnie większe szanse na przeżycie zmian środowiskowych, a które są bardziej narażone. Nie należy jednak zapominać o tym, że współczesne rafy są pod olbrzymią presją antropogeniczną i choćby pod tym względem różnią się od dewońskich.

Pobieranie próbek na Wielkiej Rafie Barierowej. Zdjęcie: archiwum prywatne dr. hab. Mikołaja Zapalskiego.

Które rafy koralowe na świecie są najbardziej zagrożone i w jaki sposób?

Ze względu na swój rozmiar (blisko 350 tys. km kwadratowych) najbardziej zagrożona jest Wielka Rafa Barierowa (WRB). Wielkoskalowe bielenie objęło znaczną część WRB w latach 2016-2017 i najbardziej ucierpiały jej północne fragmenty. Na początku 2020 roku bardzo silne bielenie objęło środkowe i południowe sektory Rafy, tam właśnie, gdzie prowadziłem swoje badania porównawcze w czasie pobytu w Townsville. Bardzo zniszczone są również rafy na Seszelach. Oprócz bielenia, o którym już mówiłem, bardzo istotnym zagrożeniem jest też zakwaszenie wód morskich, związane ze wzrostem poziomu dwutlenku węgla w atmosferze, zanieczyszczenie plastikiem i nielegalne rybołówstwo. Ponieważ wiele stadiów młodocianych ryb pelagicznych chroni się na rafach, po ich zniszczeniu zachwiana zostaje równowaga całych sieci troficznych w oceanie, problem jest więc szerszy i jego skutki nie ograniczają się tylko do raf koralowych. Pamiętać też należy o tym, że rafy działają jak falochron i chronią wybrzeża przed erozją, a wybrzeża w rejonach tropikalnych należą do najgęściej zaludnionych obszarów Ziemi.

Pobieranie próbek na Wielkiej Rafie Barierowej. Zdjęcie: archiwum prywatne dr. hab. Mikołaja Zapalskiego.

Jak stypendium NAWA wpłynęło na Pana rozwój naukowy?

Niewątpliwie dzięki stypendium NAWA w ramach Programu im. Bekkera udało mi się zmienić całkowicie perspektywę – dotychczas patrzyłem na rafy kopalne głównie jako geolog, a dzięki współpracy z biologami z Townsville, lepiej rozumiem procesy biologiczne zachodzące w tych ekosystemach. Mam też nadzieję na długofalową współpracę z badaczami z Coral CoE.

Akwaria doświadczalne w Australian Institute of Marine Science. Zdjęcie: archiwum prywatne dr. hab. Mikołaja Zapalskiego.

Jakie są Pana kolejne plany badawcze?

Wspólnie ze współpracownikami z Townsville (prof. Bairdem, dr. Bridge’m i dr. Daniellem) oraz dr. Jakubowiczem z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza (UAM) ukończyliśmy artykuł do prestiżowego czasopisma Coral Reefs, pokazujący bardzo nietypowe rafy dewońskie ze stanowisk odległych o ok. 40 km od Townsville. W tej pracy wykazaliśmy, że wbrew temu, co powszechnie sądzono, paleozoiczne koralowce tworzyły również rafy w wodach bardzo płytkich, a ze względu na silne zmętnienie wody rozwijał się tam zespół koralowców mezofotycznych. Moje najbliższe badania koncentrują się wokół bezpośrednich porównań ekologicznych zespołów współczesnych i ten nurt zacząłem właśnie rozwijać dzięki pobytowi w Townsville.

Z prof. Bairdem, oraz kolegami z Uniwersytetu Śląskiego oraz UAM rozpoczynamy właśnie badania nad niespotykanymi koralowcami z dewonu Gór Świętokrzyskich, które najprawdopodobniej nie były przytwierdzone do dna, ale ulegały rotacji pod wpływem prądów przydennych. Z kolegami z Japonii mamy już zaawansowane badania nad współczesnymi koralowcami głębokowodnymi żyjącymi na liliowcach. Takie interakcje w przyrodzie są niezwykle rzadkie dziś, ale powszechne były w paleozoiku, stanowią zatem doskonały model badawczy dla takich symbioz z przeszłości.

Jestem obecnie kierownikiem grantu Narodowego Centrum Nauki poświęconego paleozoicznym rafom cienia – na lato 2021 roku planuję badania terenowe m. in. w Szwecji i Australii, a w 2022 roku badania kolekcji w USA. Uczestniczę też w projekcie prof. Berkowskiego z UAM dotyczącego głębokowodnych zespołów koralowcowych z dewonu Maroka. Mam również przygotowany do badań materiał z syluru (ok. 430 mln lat) z Estonii: bliskich krewnych koralowców, żyjących w symbiozie z innymi organizmami rafowymi. Tym materiałem również będę chciał się zająć w 2021 roku.

Dziękujemy za rozmowę.

Dr hab. Mikołaj Zapalski w magazynie kolekcji koralowców, Museum of Tropical Queensland. Zdjęcie: archiwum prywatne dr. hab. M. Zapalskiego.

Dr hab. Mikołaj K. Zapalski ukończył studia paleontologiczne na Wydziale Geologii Uniwersytetu Warszawskiego. Rozprawę doktorską, w której badał koralowce dewońskie z Gór Świętokrzyskich przygotował równolegle na Uniwersytecie Warszawskim pod kierunkiem prof. Jerzego Trammera i na Université des Sciences et Technologies de Lille (Francja) pod kierunkiem prof. Bruno Mistiaena. Po ukończeniu doktoratu (2008) pracował w Instytucie Paleobiologii PAN, a następnie (od 2010 r) na Wydziale Geologii UW. W swoich badaniach koncentruje się na paleoekologii koralowców i organizmów współwystępujących (np. gąbek) oraz zapisie kopalnym oddziaływań międzygatunkowych, takich jak pasożytnictwo. Odbył staż dydaktyczny na National University of Singapore (2010). W swojej rozprawie habilitacyjnej (2018) wykazał, że koralowce paleozoiczne, podobnie jak współczesne posiadały glony symbiotyczne, a zatem mechanizmy tworzenia się raf w paleozoiku były bardzo zbliżone do dzisiejszych. Autor i współautor prac publikowanych w wielu krajowych i zagranicznych czasopismach naukowych (m. in. Proceedings of the Royal Society B, Coral Reefs, Lethaia, Palaeontology, Parasitology). Redaktor akademicki w czasopiśmie PLOS ONE. Laureat Nagrody Naukowej im. Ignacego Domeyki (2012) oraz stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego dla wybitnych młodych naukowców (2012), kierownik grantów MNiSW oraz NCN.

Jak dostać grant NAWA w ramach Programu im. Bekkera? 

Szczegółowe informacje o programie NAWA znajdują się TUTAJ