Многопрофильная группа исследователей под руководством Мерил Мимс оценила роль экологических, демографических и генетических факторов в реинтродукции бычьей форели в штате Вашингтон.
Их проект является одним из первых, в котором используется передовая компьютерная модель для моделирования генетических и демографических результатов реинтродукции путем прогнозирования на 200 лет вперед.
«Это исследование было действительно вызвано политической потребностью понять, как управленческие действия могут повлиять на вид в будущем и как будет выглядеть диапазон результатов», - сказал Мимс, доцент кафедры. биологических наук в Колледже естественных наук.«Это была уникальная возможность использовать компьютерное моделирование, чтобы понять, как вид - в данном случае бычья форель - может реагировать на изменения в своей среде обитания».
Их совместная работа была опубликована в журнале «Экосфера» в феврале, и на ее создание ушло пять лет.
Реинтродукция видов может быть дорогостоящей и ресурсоемкой и не всегда успешной. Из-за сокращения или истребления популяций, отчасти из-за фрагментации среды обитания, бычья форель, Salvelinus confluentus, была внесена в список находящихся под угрозой исчезновения в соответствии с Законом об исчезающих видах в 1999 году. Естественный ареал этого вида простирается от северо-запада Тихого океана до западной Канады.
Мимс и ее команда разработали структуру для оценки реинтродукции водных видов, сосредоточив свои усилия на пространственных, демографических и генетических факторах реинтродукции бычьей форели в трех водоразделах системы реки Пенд-Орейл на северо-востоке штата Вашингтон..
«Меня очень воодушевляло участие в этом сотрудничестве, когда заинтересованные стороны, ученые и менеджеры были готовы делиться данными и действительно поддерживать это усилие, которое было вызвано тем, что все хотели получить наилучшую доступную науку», - сказал Мимс., аффилированный преподаватель Центра глобальных изменений, расположенного в Институте наук о жизни Фралина.
На реке Пенд-Орей между США и Канадой есть пять гидроэлектростанций. Ниже по течению от исследовательской системы 340-футовая пограничная дамба вырабатывает примерно 46 процентов электроэнергии, вырабатываемой Seattle City Light. Однако плотины могут создавать серьезные помехи, поскольку водные виды не могут двигаться вверх по течению и мимо плотин. Для многих видов движение имеет решающее значение в их жизненном цикле.
Бычья форель сохраняется в метапопуляциях - группах одного и того же вида, разделенных пространством. Перемещение особей между популяциями имеет решающее значение для сохранения метапопуляций. Локальное вымирание может произойти в районе по множеству причин, но повторное заселение незанятых участков важно для сохранения вида. Плотины и водопропускные трубы угрожают связности экосистемы, изолируя популяции и снижая вероятность повторного заселения.
Эрин Ландгут, ученый-компьютерщик из Университета Монтаны, изучающая, как популяции диких животных взаимодействуют с ландшафтом, создала CDMetaPOP, чтобы понять сложности взаимодействия таких видов, как бычья форель, с ландшафтом. Команда использовала широкий спектр параметров, включая демографическую информацию, уровень жизни, карту ландшафта, эмпирические генетические данные и данные о перемещениях, чтобы спрогнозировать популяции бычьей форели на 200 лет вперед..
«Одна из сильных сторон такого моделирования заключается в том, что по многим причинам мы часто не можем проводить эмпирические исследования, если мы можем подтвердить исследования на местах», - сказал Мимс. «Нас интересует не только то, как обстоят дела в ближайшие десять или два десятилетия, но и вероятность долгосрочного сохранения."
Моделирование дало представление о том, что необходимо сделать для успешного реинтродукции бычьей форели. Исследователи задались вопросом: если произойдет реинтродукция, есть ли разница в повторном заселении генетически разнообразной или похожей группой форели? Отслеживая нейтральную генетическую изменчивость, команда обнаружила, что первоначальный генетический запас не имеет значения при изучении на 200 лет вперед. Они обнаружили, что ключом к настойчивости является связь и доступность среды обитания. Структура метапопуляции позволяет форели получать доступ к незанятым участкам. В результате достаточное перемещение генов между популяциями, называемое потоком генов, вероятно, поддерживает генетическую изменчивость.
С учетом того, что мы знаем о видах, учитывая их биологию и исходные данные, которые мы предоставили для модели, существуют сценарии, в которых виды будут сохраняться до тех пор, пока связь в системе достаточно высока. Речная система выглядит как хорошее место для потенциального повторного введения вида», - сказал Мимс.«Это было действительно обнадеживающе».
Учебная система уже претерпевает серьезные изменения. Улучшения включают удаление барьеров, таких как плотина Милл-Понд в 2018 году, и добавление рыбоходов к плотинам и водопропускным трубам, чтобы обеспечить движение вверх по течению и контролировать неместные виды, которые конкурируют с местной дикой природой или охотятся на нее. Многие из этих улучшений и изменений являются ответом на требования Федеральной комиссии по регулированию энергетики о перелицензировании крупных гидроэлектростанций, таких как Пограничная плотина, принадлежащих и эксплуатируемых коммунальной компанией Seattle City Light.
CDMetaPOP уже используется для других видов и прикладных вопросов управления дикой природой - не только в пресноводных экосистемах, но и для наземных видов. Я ожидаю, что эти типы подходов и CDMetaPOP в целом будут продолжать быть чрезвычайно ценными инструментами», - сказал Мимс.
Однако моделирование требует надежных данных в качестве входных данных. Для многих видов недостаточно известно об их естественной истории, чтобы можно было разработать сложную симуляцию.
Мимс по-прежнему сотрудничает со своей командой, и они планируют продолжить свои исследования, чтобы лучше понять специфику связности, ее долгосрочные последствия и последствия того, что рыба может свободно перемещаться через плотины и водопропускные трубы.
Исследователей также интересуют проблемы, вызванные изменением климата. По мере повышения температуры из-за изменения климата водные виды, как правило, перемещаются вверх по течению в более прохладные воды. Поскольку плотины и водопропускные трубы препятствуют этому, водные виды не могут получить доступ к этим местам с прохладной водой, которые могли бы поддерживать их популяции. Это может создать дополнительные проблемы для сокращения видов и их возможной реинтродукции.
Это исследование является примером успешного многолетнего сотрудничества. Мимс познакомилась со своими соавторами на семинаре для аспирантов по ландшафтной генетике, и с тех пор они развили это сотрудничество, чтобы привлечь заинтересованные стороны, Сиэтл Сити Лайт, федеральные агентства и аспирантов. Seattle City Light и West Fork Environmental предоставили полевые данные, в то время как племя Калиспел, коренное население этого района, собрало генетические образцы.