Вторжение хищников может разрушить экосистему. На самом деле, основной причиной вымирания является внедрение хищников в изолированную систему, такую как остров или озеро. По словам международной группы исследователей под руководством Роберта Прингла из Принстона, в разрушении обычно винят предпочтения хищника в еде, но иногда ключ кроется в реакции животных-жертв.
«Вы действительно не можете понять взаимодействие хищник-жертва или то, как хищники будут влиять на биоразнообразие и экосистемы - без понимания поведения жертвы», - сказал Прингл, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии.«Способы, которыми добыча меняет свое поведение, чтобы не быть съеденной, трудно предсказать, но без понимания этого вы не можете предсказать ничего другого. Большинство теорий в экологии просто предполагает, что хищники поедают добычу, конец истории. мир сложнее. Но он не настолько сложен, чтобы мы не могли до него добраться."
Вопрос быстро становится все более актуальным, отмечает соавтор Роуэн Барретт, канадский исследователь кафедры биоразнообразия в Университете Макгилла в Монреале, Квебек. «Человеческая деятельность увеличивает появление новых хищников в ранее изолированных экосистемах», - сказал он. «Наша работа показывает, что последствия этих вторжений хищников для биоразнообразия могут сильно зависеть от изменений в поведении жертв, которые влияют на то, как виды-жертвы используют свою среду обитания».
Чтобы ответить на этот вопрос, команда использовала три вида ящериц: одного хищника, курчавохвостую ящерицу Leiocephalus carinatus, и два вида добычи, зеленых анолисов (Anolis smaragdinus) и коричневых анолисов (Anolis sagrei). Их результаты опубликованы в выпуске журнала Nature от 6 июня.
Исследователи посетили 16 небольших островов на Багамах, которые они использовали в качестве экспериментальных экосистем. Коричневые анолы были установлены на всех 16 ящерицах, а две другие ящерицы были введены исследователями по отдельности или в комбинации..
«В экологии так редко можно манипулировать целыми экосистемами - эти маленькие острова похожи на большие океанические чашки Петри, которые позволяют нам проводить действительно сложные и убедительные эксперименты», - сказал Прингл. «Это просто невозможно сделать в большинстве мест».
Исследователи обнаружили, что в отсутствие хищников два вида анолов прекрасно сосуществовали: зеленые анолы жили на деревьях, а коричневые анолы жили ближе к земле. Два вида конкурировали за насекомых, но конкуренция была "несерьезной", сказал Прингл. Но когда команда представила хищников с кудрявыми хвостами, коричневые анолы убежали на деревья, а коренастая наземная ящерица не могла последовать за ними. Это усилило конкуренцию между двумя видами-жертвами за пространство и пищу, что подорвало их способность сосуществовать. Результаты показывают, что, когда жертва может быстро отреагировать на присутствие хищника, изменив свое поведение, хищники, как правило, могут снизить способность видов-жертв к сосуществованию.
«Одним из ключевых выводов нашего исследования является то, что размер убежищ, которые жертвы имеют от хищников, может быть действительно важным для обеспечения того, чтобы жертвы не вымерли», - сказал Тодд Палмер, один из первых автор из Университета Флориды. «Когда не хватает места для добычи без постоянного риска быть съеденной, что-то должно уступить, и тогда мы наблюдаем исчезновение видов. Некоторые из недавних примеров катастрофического вымирания видов, такие как крах действительно разнообразной группы видов рыб в великих африканских озерах, возможно, произошло отчасти из-за того, что в этих экосистемах просто не было достаточно безопасного пространства. Так что наши результаты не только дают нам некоторые подсказки о том, как управлять будущими интродукциями хищников, но и лучше понимание того, как могли возникнуть прошлые вымирания."
Это исследование «предоставляет прекрасный контрпример классической экологической теории», - сказал Гаку Такимото, эколог-теоретик из Токийского университета, не участвовавший в исследовании. «Теоретически хищничество способствует сосуществованию конкурирующих видов-жертв, сокрушая более сильных конкурентов и вставая на сторону более слабых конкурентов, но их эксперимент показал, что риск хищничества заставил более сильного конкурента сместить свою среду обитания, чтобы узурпировать среду обитания более слабых конкурентов и разрушить их сосуществование».
Ученым давно известно, насколько важными могут быть «краеугольные хищники» для здоровых экосистем. Согласно теории ключевых хищников, высшие хищники могут предотвратить чрезмерное изобилие какого-либо одного вида добычи и вытеснение всех других видов добычи, что в целом должно увеличить разнообразие видов на нижних уровнях пищевой цепи. Хотя это исследование не опровергает эту концепцию, оно подчеркивает, что экосистема с высшим хищником не обязательно будет более разнообразной, чем экосистема без высшего хищника.
«Хищники могут сократить разнообразие видов добычи», - сказал Прингл. «Это не «хорошо» и не «плохо» - это то, что есть. Для меня важно, чтобы мы понимали, как и почему хищники производят те эффекты, которые они производят, чтобы мы могли предсказать, что произойдет, когда экосистемы получить новых хищников в результате вторжений или когда они теряют существующих хищников в результате вымирания. Это действительно то, к чему стремилось наше исследование. Это не моральная игра. Нет ни добра, ни зла. Мы просто пытаемся получить четкое представление о биология."
Ученые до сих пор не до конца понимают, как интродуцированные хищники влияют на местные виды добычи. В некоторых случаях, конечно, внедренный хищник может опустошить популяции жертв, просто поедая их. Но жертва также может реагировать на хищников таким образом, чтобы снизить вероятность того, что ее съедят, например, прятаться на деревьях, как это делали коричневые анолисы. Там риск нападения хищников невелик, но затем эти районы становятся многолюдными, и конкуренция обостряется. Это приводит к результату, противоположному классическому сценарию хищничества замкового камня; Команда Прингла назвала это «соревнованием убежища».
После шести лет наблюдения за популяцией мы обнаружили, что курчавохвостые ящерицы дестабилизировали сосуществование конкурирующих видов-жертв, вынуждая бурых и зеленых анолисов жить в одних и тех же убежищах, свободных от хищников, и усиливая конкуренцию между ними, что привело к вымирание некоторых популяций», - сказал Барретт из McGill. Таким образом, их результаты ставят под сомнение универсальность гипотезы «краеугольного камня-хищничества» и подтверждают гипотезу «убежища-конкуренции» в этой среде, сказал он..
Исследователи хотели копнуть глубже, чем простые опросы населения, поэтому они провели метабаркодирование ДНК образцов фекалий каждого вида ящериц, чтобы проанализировать их рацион. Метабаркодирование ДНК, мощный инструмент, который использует короткие фрагменты фекальной ДНК для идентификации видов жертв, съеденных хищником, показал, как виды ящериц боролись за пищу на островах. Исследователи также использовали анализ стабильных изотопов, чтобы проанализировать, как экспериментальные методы лечения повлияли на длину пищевых цепей на островах и положение каждого вида в пищевой цепи..
В совокупности эти методы позволили исследователям гораздо глубже понять свои результаты, сказал Прингл. «Много раз вы будете проводить эксперимент в полевых условиях и получать какие-то результаты, но вы не обязательно поймете, почему вы получили эти результаты - у вас может быть лучшее предположение или предпочитаемая гипотеза, но часто это немного двусмысленно., " он сказал. «Моей целью в течение долгого времени было интегрировать новые методы, такие как меташтрихкодирование ДНК, с устоявшимися методами, такими как полевые эксперименты в грязных ботинках, чтобы попытаться лучше понять механизм. В этом исследовании мы действительно сплели все эти элементы вместе в течение курса. шестилетнего эксперимента, и это очень приятно."
Pringle разделяет первое соавторство с Тайлером Картзинелем, бывшим постдоком в его лаборатории, который сейчас работает в Университете Брауна, и с Тоддом Палмером из Университета Флориды. Другими соавторами из Принстона являются аспирант Мэтью Хатчинсон и выпускники Тайлер Ковердейл (доктор философии, 2018 г.) и Джош Дакин (доктор философии, 2017 г.). Бакалавриат Лорен Вайман (выпуск 2014 г.) внесла свой вклад в полевые исследования, а она и Энни Ферлманн (выпуск 2016 г.) написали дипломные работы, используя данные этого проекта.
«Доктор Прингл смог имитировать естественное появление новых конкурентов и хищников, а затем отслеживать происходящее в режиме реального времени», - сказала Джоди Джавор, программный директор Национального научного фонда, который финансировал это исследование. «Это редкий и ценный тест того, что происходит с сообществами при интродукции новых видов… Среда обитания и состав сообществ животных могут меняться по разным причинам - стихийным бедствиям, развитию, строительству - поэтому эта работа помогает нам понять воздействие на окружающую среду и потенциально решать их активно и более информированно."
Исследование было поддержано Национальным научным фондом США (грант DEB-1457697), Принстонским экологическим институтом, Канадским исследовательским центром и стипендией Vanier Canada от Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады.