新的建模方法帮助研究人员理解为什么加州南部的海藻森林恢复速度比不列颠哥伦比亚省慢。
当海獺在加州南部和不列颠哥伦比亚的岛屿沿海重新引入时，研究人员发现海藻森林重新回到了被海胆破坏的地区。但它们恢复的速度取决于位置——直到现在，科学家们还不知道原因。
新的科罗拉多大学博尔德分校的研究发现，海獺这一重要的关键种在海藻森林恢复中发挥了至关重要的作用，但它们的影响程度取决于它们在盐水太平洋中与其他物种的相互作用。该研究今天发表在《美国国家科学院院刊》上，使用了数十年的观察数据创建了一个物种交互时间序列，就像一部影片，展示了当地物种数量的变化，关键是它们随着时间如何相互作用，旨在理解海獺的重新引入如何帮助太平洋的海藻森林恢复。
“我们一直认为关键种以相同的方式控制它们的生态系统，无论它们在哪里或生态系统中还有其他什么，”论文的首席作者、环境研究学者及CIRES前博士后研究员瑞安·兰登多夫说。“更现代的观点是，它们仍然非常重要，但在不同地方可能有不同的影响。”
研究人员对关键种的迷恋已持续数十年。美国地质调查局退休科学家、论文的合著者吉姆·埃斯特斯在职业生涯中研究海獺及其在岩石海岸上的存在如何塑造海藻森林。在阿拉斯加偏远岛屿工作时，他发现海獺缺失的地方，海胆种群迅速增加，覆盖了海藻森林。他得出的结论是，这种小型哺乳动物对维持沿海珊瑚礁生态系统的和谐至关重要：通过以海胆为食，它们维持了海藻森林的健康——密集的褐藻群落，生物多样性丰富，为许多物种提供了栖息地。
埃斯特斯、英属哥伦比亚大学的研究员简·沃森和其他合著者领导了两项为期30年的数据社区收集研究，记录了在1980年代将海獺重新引入加州尼古拉斯岛和1970年代不列颠哥伦比亚省温哥华岛后发生的情况。这两组数据代表了对关键种对当地生态系统影响的最全面研究之一。这两个研究区域在研究开始时大多是“海胆荒漠”——在缺乏海獺的情况下，海胆已经过度放牧。
30年的数据揭示，尽管在这两个地点海藻森林都得以恢复，但不列颠哥伦比亚的森林恢复速度远快于加州南部。不列颠哥伦比亚是一个经典的多米诺效应的例子，生态学家称之为营养级级联，这一现象伴随着关键种的重新引入：海獺吃海胆，因此海藻能够再生。但南方较慢的恢复暴露了理解的缺口。
为了解这些差异，兰登多夫开发了一种新型社区模型，创建了一个物种相互作用的影片，以了解在这两个地点30年中生态系统的变化。
创建影片为研究人员提供了答案。该模型突显了所有生物——海獺、海胆、海藻——在这两个地区如何随时间互动。这揭示了加州不同海胆、海藻和其他物种之间竞争加剧，减缓了海獺对整个系统的影响。简单来说：加州的海獺对海胆的影响不如北方强烈，因为在加拿大生态系统中发生了复杂的网络互动。
“几乎所有对生态社区的研究都假设这些相互作用的强度是静态的——即“游戏规则”不会改变，即使物种的丰度发生变化，”科罗拉多大学博尔德分校环境研究教授、论文的合著者丹·多克说。“通过开发一种估算这些变化规则的方法，瑞安对于这个特定系统的理解有了更深的提升，并开创了一种更强有力的方式理解其他生态系统。”
这一新模型可以帮助研究人员更好地理解在物种重新引入到持续变化和演变的地方时，生态系统如何变化。
“生态系统的动态特性长期以来让生态学家无法理解物种的需求以及如何最佳管理它们，”兰登多夫说。“能够将常见的调查数据转变为物种对其环境及彼此变化的反应电影，给这一日益需要提供有用建议的领域注入了新的希望，以帮助我们生活和珍惜的许多复杂生物系统。”
