加州大学圣克鲁斯分校 加利福尼亚蒙特雷湾，一只南方海獭和一只紫海胆
信用:摩根校长 长期以来，海獭一直被认为是关键物种的典型代表，这是一种主要的食肉动物，通过控制海胆的数量来维持海带森林生态系统的平衡，海胆是贪婪的海带食草动物
然而，自2014年以来，加州的海带森林急剧减少，曾经盛产海带的大片海岸现在变成了“海胆荒地”，海底覆盖着紫色海胆和其他东西
这甚至发生在蒙特利湾，那里有大量的海獭
2017年，加州大学圣克鲁斯分校的研究生约书亚·史密斯开始理解为什么
史密斯说:“在蒙特雷湾，我们现在有一个拼凑的马赛克，没有海带的顽童荒地直接毗邻看起来相当健康的海带森林。”
“我们想知道在有这么多水獭的地方，海胆是如何爆发的，水獭是如何反应的，这对中央海岸海带森林的命运意味着什么？” 与美国UCSC的一组海獭研究者合作
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地质调查局和蒙特里湾水族馆，史密斯在三年的时间里沿着蒙特里半岛进行了密集的水下调查
这项研究建立在数十年对加州海岸海獭数量和海藻森林生态系统的长期监测基础上
史密斯的发现发表在3月8日的《美国国家科学院院刊》上，讲述了一个迷人的故事，讲述了捕食者和猎物对不断变化的环境的行为反应如何决定整个生态系统的命运
它始于2013年一种叫做海星衰竭综合征的神秘疾病的爆发，这种疾病导致西海岸的海星大量死亡
受打击最严重的物种是向日葵海星，一种主要的海胆捕食者
但根据史密斯的说法，这只是导致海胆大规模爆发的一个因素
“我们认为是几个因素引发了海胆的爆发，”他说
“由于气候压力，大型海胆捕食者的消失很快导致海带产量的下降
" 在海带森林中，海胆大多生活在海底岩石礁的缝隙中，在那里它们受到保护，免受捕食者的攻击
海藻碎片像森林中的落叶一样飘落到礁石上，将食物直接送到海胆的庇护所
在蒙特利湾的这种海胆贫瘠的环境中，紫色海胆的吃草已经将海藻和其他藻类从礁石上移除
信用:迈克尔·朗汉斯 海带在寒冷、营养丰富的海水从海洋深处沿着海岸涌出的地方茁壮成长，巨型海带(中央海岸的主要物种)在良好的条件下每天可以生长超过一英尺
然而，2014年，一场前所未有的海洋热浪袭击了东北太平洋
它被称为“斑点”，从阿拉斯加到加利福尼亚中部，遍布西海岸
大约在同一时间，一次重大的厄尔尼诺事件从南方给海岸带来了温暖的海水
随着温暖的海水沐浴着海岸，海带的生长速度急剧下降
这意味着漂流到礁石缝隙中的海带碎屑减少了，海胆开始出现寻找食物
由于周围没有海星攻击它们，海胆割掉了活着的海带叶子，将海带森林变成了海胆荒地
“它发生得太快了，在我们知道它之前，我们已经失去了北加州80%以上的历史海带森林覆盖，”史密斯说
“中央海岸也爆发了海胆疫情，但程度不同于旧金山北部地区
" 史密斯和他的同事发现，中央海岸的海獭通过戏剧性地增加海胆的食用量来应对海胆的爆发，食用的海胆数量是2014年之前的三倍
由于猎物的丰富(包括贻贝和海胆的增加)，海獭数量在2014年后大幅增加，从蒙特里湾南端的蒙特里地区的大约270只增加到大约432只
然而顽童的贫瘠依然存在
仔细观察海獭的觅食行为可以解释为什么
史密斯的团队发现水獭在剩下的海带森林中以海胆为食，而不是在海胆荒地
“从岸上很容易看到它们在重复潜水，并带着海胆游上来，”他说
潜水小组调查了那些地方，以及水獭没有瞄准的区域，并收集了海胆在实验室里进行检查
研究人员发现，来自海带床的海胆比来自海胆围的海胆具有更高的营养价值，海胆围有巨大的、富含能量的性腺
然而，在不毛之地，海胆是饥饿的，不值得为一只饥饿的水獭付出努力
“有些人称它们为僵尸顽童，”史密斯说
“你打开它们，它们是空的
所以水獭无视海胆的贫瘠，在海带森林中追逐营养丰富的海胆
" 海带森林中一只健康的紫海胆有着巨大的黄色生殖腺(上图)，而一只光秃秃的海胆则处于饥饿状态(下图)，对一只海獭来说几乎没有营养价值
信用:迈克尔·朗汉斯 通过这样做，海獭有助于保持健康的海带森林，这对沿海巨型海带的持续生存至关重要
从这些剩余的斑块中产生的孢子最终可以在贫瘠的地区重新播种，并恢复海带床
然而，仅靠海獭是无法打破海胆的贫瘠的
还需要一些其他的因素来清除荒地上的足够多的海胆，以使新的海藻植物能够在那里生长
史密斯说，另一种食肉动物可能有助于减少海胆的数量，或者一种疾病，或者甚至是一场带来巨大的海底冲刷波的大风暴
一些团体甚至在探索人类的干预，派出志愿者潜水员团队去清除海胆，努力恢复海带森林
加州大学圣克鲁斯分校生态学和进化生物学教授兼主席马克·卡尔说，加利福尼亚南部、中部和北部海岸的海藻森林之间的差异是惊人的
卡尔是史密斯的顾问，但不是PNAS论文的合著者，多年来他一直在研究西海岸的海藻森林
他说南加州的海藻床没有下降到中部和北部海岸的程度
卡尔说:“南加州的不同之处在于，尽管他们失去了海星，但他们还有其他食肉动物，如多刺龙虾和加州羊头，它们能够控制海胆的数量，让海藻森林得以延续。”
相比之下，北加州的海藻床情况要糟糕得多
旧金山北部海獭的缺乏可能是一个因素，但很难说，因为形成树冠的海带的优势物种是不同的，在北部占主导地位的是公牛海带，在中部和南部沿海占主导地位的是巨型海带
卡尔说:“北方健康的海獭种群的存在有可能使这些海藻森林更有弹性，但这很难推测。”
“捕食者的角色会因你所处的位置而有很大不同
" 詹姆斯·埃斯蒂斯现在是UCSC大学生态学和进化生物学荣誉退休教授，他在阿留申群岛对海獭和海藻森林进行了开创性的研究，研究表明，随着阿留申群岛海獭种群从濒临灭绝的状态中恢复，海獭在重新定居岛屿时将海胆荒地变成了海藻森林
但这些互动在中央海岸的表现不同，在北加州可能会有另一种结果
史密斯说:“这项研究不仅调整了我们对海獭在海带森林中的作用的理解，还强调了动物行为的重要性。”
“这在很大程度上是由行为驱动的——海胆将它们的行为转变为主动觅食，水獭选择捕食海带森林中健康的海胆——这些行为相互作用对生态系统的整体命运有影响
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