Ľudia narúšajú 66 miliónov rokov starú základnú črtu ekosystému – „to sa ešte nestalo“

Vzťahy s veľkosťou stravy boli nájdené hlboko v čase, v mnohých skupinách stavovcov.

Vzťah v tvare písmena U medzi stravou a veľkosťou u moderných suchozemských cicavcov môže podľa novej štúdie znamenať aj „univerzálny“, pretože tento vzťah trvá najmenej 66 miliónov rokov a zahŕňa celý rad skupín stavovcov.

Uplynulo niekoľko desaťročí, čo si ekológovia uvedomili, že graf vzťahu medzi stravou a tvarom suchozemských cicavcov poskytuje krivku v tvare písmena U, keď tieto cicavce porovnávajú s proteínovým gradientom z rastlín. Ako je znázornené na tejto krivke, bylinožravce úplne vľavo a mäsožravce úplne vpravo sú oveľa väčšie ako všežravce a bezstavovce uprostred.

Doposiaľ však prakticky žiadny výskum nehľadal vzory u cicavcov ani mimo dnešnej doby. V novej štúdii výskumníci z University of Nebraska-Lincoln a inštitútov na štyroch kontinentoch dospeli k záveru, že tento vzor je v skutočnosti prehistorický až hlboký čas a bol pozorovaný u vtákov žijúcich na súši, plazov a dokonca aj u morských rýb.

Štúdia však tiež ukazuje, že vyhynutie najväčších bylinožravcov a mäsožravcov spôsobené ľudskou činnosťou sa javí ako základná súčasť minulých a súčasných ekosystémov s potenciálne neočakávanými dopadmi.

„Nie sme si istí, čo sa stane, pretože sa to ešte nestalo,“ Will Geerty, postdoktorandský výskumník z Nebrasky a spoluautor štúdie, ktorú publikoval 21. apríla v časopise Nature Ecology & Evolution. „Ale pretože systémy sú už veľmi dlho vo veľmi stabilnom stave, je znepokojujúce, čo sa môže stať, keď tento stav opustia.“

veľkosť hore, veľkosť dole

Gierty povedal, že evolučnú a ekologickú históriu živočíšnych druhov možno povedať prostredníctvom interakcií stravy a veľkosti. Strava druhu určuje jeho spotrebu energie, ktorá zase riadi rast a v konečnom dôsledku pomáha určiť jeho veľkosť. Táto veľkosť však môže obmedziť kvalitu a množstvo potravy dostupnej pre daný druh, aj keď stanovuje limity pre kvalitu a množstvo potrebné na prežitie.

„Môžeš byť taký veľký, ako ti to dovolí tvoje jedlo,“ povedal Geerty. „Zároveň ste často takí veľkí, koľko potrebujete na zachytenie a spracovanie potravy. Je tu teda evolučná súhra.“

Obrázok ilustrujúci vzťah v tvare písmena U medzi stravou a veľkosťou (alebo hmotnosťou v kilogramoch) medzi suchozemskými cicavcami. Sivé časti pruhov predstavujú druhy, ktorým v súčasnosti hrozí vyhynutie, pričom biele časti predstavujú druhy, ktoré už vyhynuli. kredit: Nature Ecology & Evolution / Springer Nature

Pretože rastlinná strava bylinožravcov je relatívne chudobná na výživu, často sa extenzívne vyvinuli, aby pokryli viac pôdy pre viac potravy – a aby sa zmestili dlhé, zložité tráviace systémy, ktoré im umožňujú maximalizovať živiny. Medzitým musia mäsožravce narásť dostatočne veľké, aby s týmito bylinožravcami držali krok a zlikvidovali ich. Hoci bufetové menu všežravcov zvyčajne zasýti ich žalúdky, ich vysoká energetická náročnosť ich zvyčajne nechá sústrediť sa na orechy, hmyz a iné malé, energeticky bohaté potraviny. A zatiaľ čo bezstavovce si väčšinou užívajú korisť bohatú na bielkoviny, znížená povaha tejto koristi v kombinácii s tvrdou konkurenciou mnohých iných bezstavovcov ich ženie do najmenšej veľkosti zo všetkých.

Konečný výsledok: distribúcia v tvare U priemernej aj maximálnej veľkosti tela u cicavcov. Aby tím analyzoval všeobecnosť tohto vzoru v modernej dobe, zostavil údaje o veľkosti tela pre veľký počet živých druhov: 5 033 cicavcov, 8 991 vtákov, 7 356 plazov a 2 795 rýb.

Hoci tento vzor chýbal u morských cicavcov a morských vtákov, možno kvôli jedinečným požiadavkám života vo vode, objavil sa v iných skupinách stavovcov – plazy, morské ryby a suchozemské vtáky – ktoré tím skúmal. Tento vzor platil aj v rôznych biómoch – napríklad lesy verzus pastviny verzus púšte, alebo tropický Atlantický oceán verzus mierny severný Pacifik – pri analýze suchozemských cicavcov, suchozemských vtákov a morských rýb.

Spoluautorka Kate Lyons, odborná asistentka biologických vied v Nebraske, povedala: „Ukázanie, že je prítomná vo všetkých týchto rôznych skupinách, ukazuje, ako stavovce získavajú energiu, ako medzi sebou interagujú.“ a to, ako koexistujú, je niečo zásadné. “ , „Nevieme, či je to potrebné – môžu existovať aj iné spôsoby, ako organizovať spoločenstvá stavovcov vo vzťahu k veľkosti tela a strave – ale určite to stačí.“

Výskumníkov však zaujímalo aj to, ako dlho môže krivka U trvať. Preto analyzovali fosílne záznamy 5 427 druhov cicavcov, niektoré z nich oveľa skôr. kriedový Obdobie pred 145 miliónmi až 100 miliónmi rokov. Lyon a jeho kolegovia pôvodne spojili fosílne údaje do súboru . zbierané ako súčasť Štúdia z roku 2018 o vyhynutí veľkých cicavcov v rukách ľudí a ich novších predkov.

„Pokiaľ je mi známe, toto je najkomplexnejšie skúmanie vývoja veľkosti tela v priebehu času, a najmä stravy u cicavcov,“ povedal Gierty.

Ukazuje sa, že U-krivka sa tiahne najmenej pred 66 miliónmi rokov, keď nelietavé dinosaury boli práve vyhubené, ale cicavce sa ešte len nediverzifikovali do dominantnej triedy zvierat, akými sú dnes.

„Je naozaj zaujímavé a naozaj zarážajúce,“ povedal Gierty, „vidieť, že tento vzťah pretrváva, aj keď máte okolo seba iné dominantné zvieratá.

„Máme podozrenie, že skutočne existuje od vytvorenia skupiny cicavcov.“

Tvar vecí, ktoré prídu

Po katalogizácii súčasnosti a minulosti U-krivky sa Gierty, Leon a ich kolegovia obrátili na jej budúcnosť alebo jej možný nedostatok. Priemerná veľkosť bylinožravcov a všežravcov sa od vzniku neandertálcov zmenšila asi 100-krát. homo sapiens Za posledných niekoľko stotisíc rokov, uvádza tím, sa veľkosť mäsožravcov za rovnaké obdobie znížila takmer 10-násobne. V dôsledku toho sa krivka U, ktorá zostala na mieste tak dlho, zjavne začala vyrovnávať, povedal Gierty.

V tomto zmysle tím odhaduje viac ako 50% pravdepodobnosť, že v priebehu nasledujúcich 200 rokov vyhynie mnoho veľkých a stredne veľkých cicavcov – vrátane tigra a nosorožca jávskeho, z ktorých obaja považujú ľudí za svojich jediných predátorov. Predpoveď vyhynutia len zhorší narušenie U-krivky, uviedli vedci, najmä do tej miery, že strata veľkých bylinožravcov by mohla spustiť alebo urýchliť stratu veľkých mäsožravcov, ktoré ich lovia.

„Určite je možné, že keď vezmeme niektoré z týchto zvierat zhora[krivky U]a keď zrútime niektoré z týchto rozsahov veľkosti tela, vezmeme energiu a zmeníme spôsob, akým sa delíme,“ povedal Gearty. „To by pravdepodobne mohlo mať zásadné dôsledky pre životné prostredie a ekosystém ako celok.“

Vedci dospeli k záveru, že je tiež možné, že následný pokles veľkosti tela cicavcov by mohol dokonca predbehnúť bezprecedentný pokles zaznamenaný za posledných niekoľko stoviek tisíc rokov.

„Vidíte, v ekologickej literatúre ľudia špekulujú o tom, ako sú teraz ekosystémy menej stabilné, menej odolné a náchylnejšie na kolaps,“ povedal Lyons. „Myslím si, že toto je ďalšia línia dôkazov, ktorá naznačuje, že to tak môže byť v budúcnosti.“

Použitá literatúra: „Antropogénne až dlhodobé vzory trofickej štruktúry u stavovcov“ od Roba Cooka, Williama Geertyho, Abby SA Chapman, Jillian Dunnick, Grahama J. Edgara, Jonathana S. Lefcheka, Gila Rylova, Craiga R. McClaina, Ricka D. prekážka“. Stuart-Smith, S. Kathleen Lyons a Amanda E. Bates, 21. apríla 2022, Ekológia a evolúcia prírody,
DOI: 10.1038/s41559-022-01726-X

Gearty a Leon boli spoluautormi štúdie s Robertom Cookom z Centra pre ekológiu a hydrológiu Spojeného kráľovstva; Amanda Bates z Victoria University (Kanada); Abby Chapman z University College London; Jillian Dunnick z Univerzity Simona Frasera (Kanada); Graham Edgar a Rick Stuart-Smith z University of Tasmania (Austrália); Jonathan Lefchek zo Smithsonian Environmental Research Center; Craig McClain z Louisiana Universities Marine Consortium; a Gil Rilov z Izraelského limnologického a oceánografického výskumu.