Команда экологов из Принстона воспользовалась редкой возможностью изучить, что происходит с экосистемой, когда уничтожаются крупные хищники.
«Крупные хищники играют критическую и непропорциональную роль в их экосистемах, и их популяции сокращаются во всем мире», - сказала Джастин Аткинс, аспирант по экологии и эволюционной биологии в Принстоне. «Однако есть реальная причина надеяться на многие из этих систем», - сказала она. Она и ее коллеги нашли доказательства того, что повторное введение ключевых хищников в экосистему крупных млекопитающих может устранить ущерб, нанесенный их удалением. Их работа опубликована в номере журнала Science от 8 марта.
Исследователи работали в национальном парке Горонгоса, где гражданская война в Мозамбике нанесла огромный урон популяциям диких животных. Большинство видов травоядных восстанавливаются, но несколько крупных хищников - леопарды, гиены и африканские дикие собаки - исчезли из парка.
«Это трагичная вещь, но она позволяет нам изучать, как поведение и экология меняются, когда хищников удаляют», - сказал Роберт Прингл, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии и старший автор исследования. бумага. «Это не совсем эксперимент, но очень похоже на него. Мы обнаружили, что один из распространенных видов антилоп, бушбок, который обычно является очень застенчивым и скрытным лесным обитателем, распространился на открытые равнины. Растения на равнинах очень питательны, а бушбоки, заселившие эти территории, крупнее и в лучшей форме, чем их собратья в лесу. И присутствие бушбоков в этой новой среде обитания оказывает негативное влияние на растения, которые едят бушбоки».
Все травоядные должны взвесить питательную пользу от кормодобывания в определенной области и риск того, что они могут быть убиты и съедены в процессе. Если риск слишком высок, они будут избегать области, даже если она богата питательными веществами. Таким образом, зоны повышенного риска для травоядных животных становятся безопасными местами для вкусных растений. Связь между страхом травоядных перед плотоядными и пользой для растительности - это то, что экологи называют «трофическим каскадом», термином, обозначающим воздействие, которое хищники, питающиеся мясом, могут оказывать на растения.
«Исторически сложилось так, что разнообразная группа хищников в Горонгозе эффективно удерживала травоядных в районах с более низким риском хищничества», - сказал Прингл.«Уничтожение хищников нарушило правила, которые обычно определяют, куда идут травоядные и что они едят, и это влияет на всю пищевую цепочку».
Проект начался в 2015 году, когда Прингл и другие члены исследовательской группы заметили, что некоторые бушбоки, обычно пугливые виды антилоп, обитающие в этом регионе, перестали прятаться в лесах и начали часто посещать открытые, в основном безлесные луга. в пойме Горонгоса. Подробное исследование Горонгоса до гражданской войны в Мозамбике, которая длилась с 1977 по 1992 год, показало, что бушбок не встречается в этих безлесных районах. Исследователи выдвинули гипотезу, что уничтожение леопардов, диких собак и гиен создало «пейзаж бесстрашия», где некогда робкие антилопы теперь свободно паслись в ущерб местной растительности.
Они потратили годы на разработку и проведение исследования, в ходе которого рассматривались все звенья в предполагаемой цепи эффектов между отсутствующими хищниками и растениями равнин Горонгоса. Используя GPS-ошейники и аэрофотосъемку с 2002 по 2016 год, они отслеживали перемещения и местонахождение животных. Они секвенировали ДНК растений в экскрементах бушбока, чтобы точно определить, что животные ели в разных районах, и количественно оценили питательные качества растений в каждой среде обитания. Они также измерили размер, жир и мускулатуру пойманного бушбока, когда надевали GPS-ошейники, и обнаружили, что употребление в пищу более богатой белком диеты, доступной в поймах, способствовало тому, что бушбок стал крупнее и сильнее..
«Двумя наиболее важными частями исследования были два эксперимента, которые Джастин провела в полевых условиях в 2016 и 2017 годах», - сказал Прингл. «Один из них заключался в том, чтобы использовать звуки и запахи крупных хищников для симуляции риска - идея заключалась в том, чтобы попытаться напугать бушбоков, заставив их думать, что здесь присутствуют хищники, и посмотреть, как это повлияет на их поведение».
Аткинс проигрывал записанные крики леопарда и размещал искусственные экскременты и мочу плотоядных животных, чтобы бушбаки слышали и чуяли признаки того, что их хищники вернулись. Как и предполагалось, бушбоки на открытых равнинах реагировали на сигналы хищников, перемещаясь в более лесистые районы, где было больше укрытий. Используя эти сигналы, Аткинс смог сделать вывод, что страх перед хищниками, а не убийства настоящими хищниками, вызвал изменение в поведении бушбоков.
«Другая вещь, которую сделала Жюстин, и которая была действительно инновационной, заключалась в том, чтобы использовать результаты нашего анализа рациона, чтобы определить растение, которое действительно съедалось только бушбоком, а не другими крупными травоядными животными», - сказал Прингл. «Затем, зная это, она построила клетки вокруг растений, чтобы бушбоки не съели их, что позволило ей изолировать влияние бушбоков на рост растения».
Она обнаружила, что растения, защищенные от бушбоков, быстро росли, что говорит о том, что они могут сильно восстановиться, когда хищники снова появятся в парке, а бушбоки отступят в лесные районы.
Объединив информацию из различных измерений с экспериментами в контролируемых условиях, Аткинс и ее коллеги успешно задокументировали каждое звено в гипотетическом трофическом каскаде.
«Исследовательская группа провела серию хорошо спланированных экспериментов», - сказала Лаура Пру, доцент кафедры количественных наук о дикой природе в Вашингтонском университете, которая не участвовала в этом исследовании. «Редко бывает, что так много компонентов взаимодействий пищевых цепей количественно определены, и их исследования прекрасно закладывают основу для прогнозирования того, как экосистема отреагирует на повторное появление хищников».
Работа в Горонгозе стала беспрецедентным «естественным экспериментом» по изучению последствий вымирания местных хищников для экосистемы крупных млекопитающих, говорит Корина Тарнита, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии, советник Аткинса и соавтор. автор.
«Это позволяет нам исследовать глубокие теоретические концепции и вопросы, которые ранее были доступны в основном в гораздо меньших и более контролируемых системах», - сказала она. «В большинстве сложных систем проблема масштабирования представляет собой нетривиальную проблему: то, что что-то верно в малых масштабах, не обязательно делает это верным в больших масштабах. Поэтому бесценно иметь возможность проверить, до какой степени масштабируются фундаментальные экологические принципы».
«Наша работа действительно подчеркивает важность крупных хищников, численность которых сокращается во всем мире», - сказал Райан Лонг, доцент кафедры рыб и дикой природы в Университете Айдахо, который был соавтором проекта. «Плотоядные животные влияют на экосистемы сложными способами, которые выходят за рамки простого убийства и поедания других животных, но может быть очень сложно получить экспериментальные доказательства такого рода эффектов в системах с крупными млекопитающими. Наше исследование обеспечивает действительно убедительную комбинацию наблюдений и экспериментальной поддержки. за представление о том, что крупные травоядные изменяют свое поведение в ответ на страх перед хищниками, и что эти изменения в поведении влияют как на их собственное состояние, так и на растительные сообщества, на которые они полагаются в качестве пищи».
«Это тщательное исследование показывает, что взаимодействие между хищниками, добычей и растениями, которые они едят, является более гибким, чем считалось ранее», - сказала Мишель Элеконич, программный директор Национального научного фонда, который предоставил финансирование для этого исследования.«Показывая, что антропогенные нарушения этих сложных взаимодействий могут быть обращены вспять, авторы предоставили бесценную информацию для руководства усилиями по восстановлению в экосистемах, негативно пострадавших от деятельности человека». поддержка Фонда Грега Карра. Авангард, стая африканских диких собак, была вновь представлена в середине 2018 года.
«Первая стая завезенных африканских диких собак хорошо прижилась, очень успешно охотится и в основном охотится на кустарников, особенно на открытых поймах», - сказала Паола Були, заместитель директора по охране природы в Национальном парке Горонгоса. «Они просто забивают бушбока, дрейфующего на открытом воздухе».
Это исследование является «захватывающим подтверждением того, что мы на правильном пути в Горонгосе, уделяя особое внимание восстановлению высших хищников, чтобы вернуть всю экосистему в равновесие», - сказал Були.«Мы наблюдаем, как разворачивается одна из величайших историй экологического восстановления на планете».