Новая совместная работа Оксфордского университета, раскрывающая основные мировые очаги хищничества насекомых, достигла своих выдающихся результатов с помощью необычного вспомогательного средства: пластилиновых «фиктивных гусениц».
Тот факт, что в тропиках обитает больше видов, чем в полярных регионах, хорошо известен. Однако остается в значительной степени неизвестным, будет ли из-за этого более хищническое поведение ближе к экватору. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, выявило глобальную картину хищничества травоядных насекомых. Наблюдаемые тенденции оказались неожиданными, поскольку показали, что хищническое поведение в тропиках обусловлено не птицами или млекопитающими, а муравьями и другими мелкими членистоногими.
Международная группа ученых сделала это открытие, изучив часть гусениц, съеденных на склоне протяженностью 11 635 км от Северного полярного круга до юга Австралии. Работа показала, что гусеница, живущая вблизи экватора, в восемь раз чаще бывает съедена, чем гусеница на полюсах.
Выводы были получены с использованием удивительно простых материалов. Чтобы измерить уровень местного хищничества, исследователи приклеили тысячи искусственных гусениц, сделанных из пластилина, к растениям в 31 месте по всему миру. Хищники гусениц, такие как птицы и муравьи, затем обманываются, заставляя думать, что насекомые-приманки - настоящие, и понимают, что их обманули, только когда они укусили. Затем команда несколько раз посещала места, чтобы проверить наличие следов укусов и признаков хищнического поведения.
Доктор Элеонора Слэйд, один из ведущих авторов исследования и исследователь зоологии в университетах Оксфорда и Ланкастера, сказала: «Самое замечательное в этом методе то, что вы можете отследить, кем был хищник, изучив следы атаки. Челюсти насекомого, как и муравья, оставляют два небольших прокола, тогда как клюв птицы оставляет клиновидные следы. Млекопитающие оставляют следы от зубов - ну, вы поняли."
Томас Рослин, другой ведущий автор и профессор сельскохозяйственных наук в Хельсинкском университете, сказал: «Узор не только отражался по обеим сторонам экватора, но также проявлялся на градиентах высот. Двигаясь вверх по склону горы, вы обнаружите такое же снижение риска нападения хищников, как и при движении к полюсам. Это говорит о том, что общий фактор может контролировать взаимодействие видов в глобальном масштабе.'
Насекомые-приманки использовались в предыдущих экологических исследованиях, но никогда раньше в таких широких масштабах. Именно сравнение результатов этих небольших инициатив вдохновило команду вывести свои исследования на новый уровень. Элеонора Слэйд сказала: «Томас использовал пластилиновых гусениц в Гренландии и подумал, что они не работают, когда обнаружил очень низкую скорость атаки. Я использовала их в тропических лесах на Борнео и обнаружила очень высокую скорость атаки. две конечные точки глобального паттерна, думали мы. И именно такими они и оказались».
Реплики насекомых были размещены в отдаленных местах по всему миру, а это означало, что сбор соответствующих данных требовал большой командной работы, в общей сложности над проектом работали 40 исследователей из 21 страны. Бесс Хардвик, руководитель исследовательской лаборатории Хельсинкского университета, Финляндия, сказала: «В этом вся прелесть так называемых «распределенных экспериментов». Как экологи, мы обычно задаем вопросы о закономерностях и процессах, гораздо более масштабных, чем мы, как отдельные исследователи или группы, можем исследовать. Но разрабатывая эксперименты, которые можно разделить на более мелкие рабочие пакеты, мы можем привлечь сотрудников со всего мира и работать вместе, чтобы понять общую картину».
Для того чтобы полученные данные были сопоставимыми, ключевыми факторами были согласованность и стандартизация. Макеты гусениц были спроектированы и отправлены исследователям из центрального «инкубатория» проектов в Хельсинкском университете, Финляндия. Слепленные из зеленого пластилина материалы имели форму, очень напоминающую «петли» (или «дюймовых червей»). Даже клей, которым их прикрепляли к растениям, был включен в комплект, чтобы обеспечить одинаковый вид и запах гусениц на всех участках.
Всего 2 879 штук были использованы в исследовании и оставлены в свинарниках на срок от 4 до 18 дней. Затем гусениц осторожно отделяли от листьев и возвращали в Хельсинки для анализа. Под руководством Бесс Хардвик команда осмотрела гусениц на наличие признаков повреждений, нанесенных хищниками, таких как следы укусов. Приписывая каждую метку нападения определенной группе хищников, команда смогла затем определить явного виновника широтного градиента скорости нападения.
Доктор Уилл Петри, научный сотрудник ETH Zurich, который предоставил данные и поддержал анализ из Калифорнии, сказал: «Люди часто думают о позвоночных как о самых важных хищниках в тропиках, но птицы и млекопитающие не были группы, ответственные за увеличение риска нападения хищников по направлению к экватору. Вместо этого крошечные членистоногие хищники, такие как муравьи, управляли паттерном.
Выводы также могут иметь значение для эволюции травоядных, сказал доктор Петри: «Наши результаты показывают, что тропические гусеницы преуспели бы в том, чтобы нацелить свою защиту и маскироваться специально против хищников-членистоногих». Ближе к полюсам более низкое хищничество может позволить гусеницам ослабить бдительность.'
Профессор Рослин сказал: «Чтобы понять, почему мир остается зеленым и не полностью поглощен полчищами гусениц, мы должны оценить роль членистоногих хищников. Наши результаты показывают, что их роль может быть еще больше усилена по направлению к экватору».
Травоядные животные в тропических лесах удаляют от 10 до 30 процентов площади листьев растений в год. Таким образом, взаимодействие между растениями, их травоядными и хищниками повлияет на структуру лесных экосистем и, в свою очередь, на их функционирование. Когда гусеницы, питающиеся листьями, более активно питаются хищниками, это может каскадно распространяться по экосистеме с эффектом домино для роста и выживания растений. Таким образом, обнаружение градиента в том, как взаимодействуют виды, обеспечивает основу для понимания глобальных моделей экосистемных процессов (например, травоядных и продуктивности растений), экосистемных услуг (например, хранения углерода и урожайности) и того, как долгосрочные изменения в окружающей среде могут повлиять на биоразнообразие..
Двигаясь вперед, есть надежда, что результаты будут стимулировать дальнейшие академические исследования того, приводят ли выявленные закономерности к каскадным эффектам для травоядных листьев растений, и повлияют ли эти закономерности в конечном итоге на структуру и функции лесных экосистем.