Розвиток лісового моху: Перебіг світла по водній колоні

Рослина, яка росте півметра на день

Велика водорісль (Macrocystis pyrifera) не є деревом і навіть не є рослиною в строгому сенсі – це бурий морський мох, який тримає рекорд найшвидшого лінійного росту будь-якого організму на Землі, додаючи до півметра довжини нових листків за один день за сприятливих умов. У неї немає коренів: кріплення закріплює її за скелею, гнучкий стебло йде вгору, а газонаповнені мешочки, які називаються пневматоцистами, на основі кожного листка, підтримують всю структуру плаваючою, тому морському моху не потрібно будувати деревину чи кору, щоб протистояти гравітації. Кожна джоуль енергії, яку витрачає дерево, щоб забезпечити структурну міцність, водорісль витрачає на створення нової тканини.

Затухування світла: чому глибина є ворогом

Фотосинтез потребує світла, і вода швидко його поглинає та розсіює. Інтенсивність світла, що залишається на певній глибині, дотримується закону Бер-Ламберта: вона експоненціально зменшується з глибиною, а швидкість зменшення залежить від прозорості води, яка сама визначається щільністю фітопланктону, залишками осадових порід та розчиненими органічними речовинами. У чистій воді морського папороті світло для фотосинтезу може вже впасти до 1% від поверхневого значення на глибині 20-30 метрів – що саме пояснює, чому морська папоротник еволюціонував рости вгору якомога швидше, а не чекати там, де він проростав: пагін, застряглий біля дна у муткій воді, - це пагін, який голодує.

I(z) = I0 * exp(-k * z)

  I0   irradiance just below the surface
  k    diffuse attenuation coefficient (clear water ~0.04-0.1 /m)
  z    depth in metres
  photosynthesis rate ~ min(I(z)/Isat, nutrient limit) * temperature factor

Верхній ярус: ліс, що росте вгору, а не вниз

Коли пагін досягає поверхні, він перестане активно рости вгору та почне горизонтально розповсюджуватися, утворюючи плаваючу крону, яка може затінювати конкурентів і створювати щільну багатошарову структуру, яку помічають морські водорості. Ця крона також пом’якшує енергію хвиль та створює тривимірне середовище, яке використовується сотнями видів, від молодих риб, що ховаються в листках, до морських левів, які обмотують себе в пагони для відпочинку, щоб течія не змила їх.

Травлення морськими щурями та пустеля водоростей

Дослідницькі коралі постійно перебувають у стані боротьби з морськими щурями. Зазвичай щурі ховаються в розломах і поїдають плаваючі водорості, контрольовані хижаками, такими як морські вивірки, великі риби та раки клешні. Видалення хижака – історично через полювання на морських вивірок заради хутра – або стрес для водоростей у вигляді морського тепла, який ослаблює водорості та збільшує розмноження щурів, призводить до того, що щурі змінюють стратегію: вони покидають свої розломи і безпосередньо пасуться на живих галґанах. Така ділянка, виснажена таким чином, стає пустелею водоростей – безкам’яною спільнотою, домінуючою в якій є щура, яка може існувати десятиліттями, оскільки це справді стабільний альтернативний стан, а не просто відсутність водоростей, яка чекає на відновлення.

Що відстежує модель

Симуляція росту морського бурану поєднує три змінні стану на кожному шарі глибини: доступне світло (з урахуванням рівня заломлення вище) , концентрація поживних речовин (холодні, багаті поживними водами підйоми сприяють спальним імпульсам), та рівень пасажирства від морських черв’яків. Рост колоній збільшує біомасу та тінь для нижніх шарів, тінь зменшує кількість світла для нижніх шарів, а пасажирство безпосередньо видаляє біомасу — той самий тристоронній зворотний зв’язок, який керує справною екосистемою, але спрощений до рівня 60 кадрів на секунду в браузерному вікні.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Kelp Forest Growth і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.