«Вы действительно не можете понять взаимодействия хищников и жертв – или то, как хищники будут влиять на биоразнообразие и экосистемы – без понимания поведения добычи», – сказал Прингл, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии. "Трудно предсказать, каким образом жертва изменяет свое поведение, чтобы ее не съели, но, не понимая этого, вы не можете предсказать ничего другого. Большинство экологических теорий просто предполагают, что хищники едят добычу, конец истории.
Реальный мир сложнее. Но это не так сложно, чтобы мы не могли разобраться в этом."
Вопрос быстро становится все более актуальным, отмечает соавтор Роуэн Барретт, канадский научный руководитель кафедры биоразнообразия Университета Макгилла в Монреале, Квебек. «Человеческая деятельность увеличивает количество новых хищников, попадающих в ранее изолированные экосистемы», – 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 решить этот вопрос, команда использовала три вида ящериц: один хищник, курчавую ящерицу Leiocephalus carinatus и два вида добычи, зеленые анолисы (Anolis smaragdinus) и коричневые анолы (Anolis sagrei).
Их результаты опубликованы в журнале Nature от 6 июня.
Исследователи посетили 16 небольших островов на Багамах, которые использовали в качестве экспериментальных экосистем. Коричневые анолы были установлены на всех 16, и исследователи представили двух других ящериц 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 напряженные и убедительные эксперименты», – сказал Прингл. "Это просто невозможно сделать в большинстве мест."
Исследователи обнаружили, что в отсутствие хищников два вида анолов прекрасно сосуществовали с зелеными анолами на деревьях и коричневыми анолами, живущими ближе к земле. Эти два вида соревновались за насекомых, но конкуренция была «несложной», – сказал Прингл.
Но когда команда представила кучерявых хищников, коричневые анолы убежали к деревьям, где коренастая наземная ящерица не могла последовать за ними. Это усилило конкуренцию между двумя видами добычи 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 жертв сосуществовать.
«Одним из ключевых выводов нашего исследования является то, что размер убежищ, которые добыча получает от хищников, может быть действительно важен для обеспечения того, чтобы жертва не вымерла», – сказал Тодд Палмер, соавтор исследования в Университете им. Флорида. "Когда жертве не хватает места, чтобы болтаться без постоянного риска быть съеденной, что-то должно уступить, и именно тогда мы видим исчезновение видов. Некоторые из недавних примеров катастрофического вымирания видов, такие как исчезновение действительно разнообразной группы видов рыб в великих африканских озерах, возможно, произошли отчасти потому, что в этих экосистемах просто не было достаточно безопасного места. Таким образом, наши результаты не только дают нам некоторые подсказки о том, как управлять будущими интродукциями хищников, но также лучше понимают, как могли возникнуть вымирания в прошлом."
Это исследование «представляет собой прекрасный контрпример классической теории экологии», – сказал Гаку Такимото, эколог-теоретик из Токийского университета, который не принимал участия в исследовании. "Теоретически хищничество способствует сосуществованию конкурирующих видов добычи, сокрушая превосходящих конкурентов и переходя на сторону более слабых конкурентов, но их эксперимент показал, что риск хищничества заставил более сильного конкурента сместить среду обитания, чтобы узурпировать среду обитания более слабых конкурентов и разрушить их сосуществование."
Ученые давно знают, насколько важны «краеугольные хищники» для здоровых экосистем.
Согласно краеугольной теории хищников, высшие хищники могут предотвратить чрезмерное увеличение численности какого-либо одного вида добычи и его превосходство над всеми другими видами добычи, что в целом должно увеличить разнообразие видов на низких уровнях пищевой цепи. Хотя это исследование не опровергает эту концепцию, оно подчеркивает, что экосистема с главным хищником не обязательно будет более разнообразной, чем экосистема без главного хищника.
«Хищники могут уменьшить разнообразие видов добычи», – сказал Прингл. «Это не« хорошо »и не« плохо »- это то, что есть. Для меня важно то, что мы понимаем, как и почему хищники оказывают такое влияние, чтобы мы могли предсказать, что произойдет, когда экосистемы приобретут новых хищников в результате вторжений или когда они потеряют существующих хищников в результате вымирания.
Это действительно то, к чему стремилось наше исследование. Это не игра морали. Нет добра и зла. Мы просто пытаемся получить четкое представление о биологии."
Ученые до сих пор не до конца понимают, каким образом завезенные хищники влияют на постоянные виды добычи. В некоторых случаях, конечно, завезенный хищник может опустошить популяции жертв, просто съев их. Но жертва также может реагировать на хищников способами, которые уменьшают их вероятность быть съеденными – например, прятаться на деревьях, как это делали коричневые анолисы.
Там риск нападения хищников невелик, но затем эти районы становятся многолюдными, и конкуренция становится интенсивной. Это приводит к результату, противоположному классическому сценарию краеугольного хищничества; Команда Прингла назвала это «соревнованием по убежищу»."
«После шести лет наблюдения за популяциями мы обнаружили, что курчавые ящерицы дестабилизировали сосуществование конкурирующих видов добычи, заставляя коричневых и зеленых анолов делить одни и те же убежища, свободные от хищников, и усиливая конкуренцию между ними, что приводило к исчезновению некоторых популяций, "сказал Барретт Макгилла. Таким образом, их результаты ставят под сомнение универсальность гипотезы краеугольного камня и поддерживают гипотезу конкуренции за убежище в этой среде, сказал он.
Исследователи хотели копнуть глубже, чем простые опросы населения, поэтому они провели метаболическое кодирование ДНК на образцах фекалий каждого вида ящериц, чтобы проанализировать их рационы.
Метабаркодирование ДНК, мощный инструмент, который использует короткие фрагменты фекальной ДНК для определения вида добычи, съеденной хищником, показал, как виды ящериц конкурировали 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.
«Взятые вместе, эти методы позволили исследователям гораздо глубже понять свои результаты», – сказал Прингл. "Часто вы проводите эксперимент в полевых условиях и получаете некоторые результаты, но вы не обязательно поймете, почему вы получили эти результаты – у вас может быть лучшее предположение или предпочтительная гипотеза, но часто это немного неоднозначно ", – сказал он. «В течение долгого времени моей целью было объединить новые методы, такие как метабаркодирование ДНК, с устоявшимися методами, такими как полевые эксперименты в грязных ботинках, чтобы попытаться лучше понять механизм.
В этом исследовании мы действительно соединили все эти элементы вместе в течение шестилетнего эксперимента, и это очень приятно."
Прингл разделяет соавторство с Тайлером Карцинелом, бывшим постдоком в своей лаборатории, который сейчас работает в Университете Брауна, и с Тоддом Палмером из Университета Флориды. Другие соавторы Принстона – аспирант Мэтью Хатчинсон и аспирант Тайлер Ковердейл (Ph.D. 2018) и Джош Дакин (доктор философии).D.
2017). Студентка Лорен Вайман (выпуск 2014 г.) внесла свой вклад в полевые исследования, и она, и Энни Ферлманн (выпуск 2016 г.) сделали старшие диссертации, используя данные из этого проекта.
"Доктор. Прингл смог имитировать естественное появление новых конкурентов и хищников, а затем отслеживать, что происходит в режиме реального времени », – сказала Джоди Джавор, директор программы Национального научного фонда, финансировавшего это исследование. "Это редкая и ценная проверка того, что происходит с сообществами, когда вводятся новые виды. …
Среда обитания и состав сообществ животных могут меняться по разным причинам – стихийные бедствия, развитие, строительство – поэтому эта работа помогает нам понять экологические воздействия и потенциально решать их заранее и с большей информированностью."
Исследование было поддержано Национальным научным фондом США (грант DEB-1457697), Принстонским институтом окружающей среды, кафедрой канадских исследований и стипендией Ванье Канады от Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады.