Lidé narušují klíčový rys 66 milionů let starých ekosystémů – „nikdy předtím“

Vztah mezi stravou a velikostí byl nalezen v mnoha skupinách obratlovců v hlubokém čase.

Podle nové studie by spojení ve tvaru písmene U mezi stravou a velikostí u moderních suchozemských savců mohlo také představovat „globální“, přičemž vztah trvá nejméně 66 milionů let a zahrnuje řadu skupin obratlovců.

Uplynulo několik desetiletí, co si ekologové uvědomili, že graf vztahu velikosti potravy u suchozemských savců vytváří křivku ve tvaru písmene U, když jsou tito savci zarovnáni na gradientu rostlina-protein. Jak lze vidět z této křivky, býložravci nejvíce vlevo a masožravci nejvíce vpravo mají tendenci růst mnohem větší než býložravci a bezobratlí živící se uprostřed.

Dosud však téměř žádný výzkum nehledal vzor mimo savce nebo moderní dobu. V nové studii vědci z University of Nebraska-Lincoln a instituce na čtyřech kontinentech dospěli k závěru, že tento vzorec se ve skutečnosti datuje do starověku a vztahuje se na ptáky, plazy a dokonce i mořské ryby žijící na souši.

Studie však také poznamenává, že vymírání největších býložravců a masožravců způsobené člověkem způsobuje narušení toho, co se zdá být základní složkou minulých a současných ekosystémů, s potenciálně nepředvídatelnými účinky.

„Nejsme si jisti, co se stane, protože to se ještě nestalo,“ řekl Will Gerty, postdoktorandský výzkumník z Nebrasky a spoluautor studie, která byla publikována 21. dubna v časopise Nature Ecology and Evolution. „Ale protože systémy byly ve velmi stabilním stavu po velmi dlouhou dobu, jde o to, co se může stát, když tento stav opustí.“

Velikost nahoru, velikost menší

Gertie řekla, že evoluční a ekologická historie živočišných druhů může být částečně popsána prostřednictvím vzájemně se prolínajících vlivů stravy a velikosti. Strava druhu určuje jeho spotřebu energie, která zase řídí růst a nakonec pomáhá určit jeho velikost. Tato velikost však může také omezit kvalitu a množství potravy dostupné pro daný druh, i když stanoví prahové hodnoty pro kvalitu a množství potřebné k přežití.

„Můžeš být tak velký, jak ti tvé jídlo dovolí,“ řekla Gerty. „Zároveň jsou často tak velké, jak potřebujete, abyste nasbírali a zpracovali jídlo. Dochází zde tedy k evoluční interakci.“

Obrázek ukazující vztah ve tvaru U mezi stravou a velikostí (nebo hmotností v kilogramech) u suchozemských savců. Šedé části pruhů představují druhy, kterým aktuálně hrozí vyhynutí, zatímco bílé části představují druhy, které již vyhynuly. Kredit: Ekologie a evoluce / Springer Nature

Vzhledem k tomu, že vegetariánská strava býložravců je relativně chudá na výživu, často se zvětší, aby pokryli více půdy a nakrmili více potravy – a aby se přizpůsobili dlouhému složitému trávicímu traktu, ze kterého získávají maximum živin. Mezitím se masožravci musí dostatečně zvětšit, aby s nimi udrželi krok a odstranili je. I když bufetová nabídka pro masožravce obvykle udrží jejich žaludky plné, jejich vysoké energetické nároky obecně způsobují, že se soustředí na ořechy, hmyz a další drobné, energeticky bohaté potraviny. A zatímco reflektory mají většinou kořist bohatou na bílkoviny, drobná povaha této kořisti v kombinaci s intenzivní konkurencí mnoha dalších reflektorů je řadí k těm nejmenším ze všech.

Konečný výsledek: rozložení průměrné a maximální velikosti těla u savců ve tvaru písmene U. Aby analyzoval zobecnitelnost tohoto vzoru v moderní době, tým sestavil údaje o velikosti těla pro velký počet přeživších druhů: 5 033 savců, 8 991 ptáků, 7 356 plazů a 2 795 ryb.

Ačkoli tento vzor chyběl u mořských savců a mořských ptáků, pravděpodobně kvůli jedinečným požadavkům na život ve vodě, objevil se u jiných skupin obratlovců – plazů, mořských ryb a suchozemských ptáků – které tým zkoumal. Tento vzorec dokonce prošel různými biomy – například lesy versus pastviny versus pouště nebo tropický Atlantik versus mírný severní Pacifik – při analýze suchozemských savců, volně žijících ptáků a mořských ryb.

„Ukázání, že je to přítomno ve všech těchto různých skupinách, naznačuje, že jde o něco zásadního o tom, jak obratlovci získávají energii, jak na sebe vzájemně působí a jak koexistují,“ řekla spoluautorka Kate Lyonsová, odborná asistentka biologické vědy v Nebrasce. . „Nevíme, zda je to nutné – mohou existovat jiné způsoby, jak organizovat komunity obratlovců, pokud jde o velikost těla a stravu – ale je to určitě dostatečné.“

Ale vědci se také zajímali o to, jak dlouho může trvat křivka U. A tak analyzovali fosilní záznamy od 5 427 druhů savců, z nichž některé pocházejí z raných dob. křídový Období před 145 miliony až 100 miliony let. Lyons a kolegové původně sbírali fosilní data jako součást a 2018 studie o vyhynutí velkých savců v rukou lidí a jejich nových předků.

„Pokud je mi známo, toto je nejkomplexnější výzkum vývoje velikosti těla a zejména stravy u savců v průběhu času,“ řekl Gerty.

Ukázalo se, že U-křivka sahá nejméně 66 milionů let zpět, kdy byli právě vyhubeni neptačí dinosauři, ale že savci ještě nediverzifikovali do dominantní třídy zvířat, kterou jsou dnes.

Gertie řekla: „Je opravdu zajímavé a opravdu překvapivé vidět, že tento vztah pokračuje, i když máte jiná dominantní zvířata.

„Máme podezření, že ve skutečnosti existuje od doby, kdy se savci objevili jako skupina.“

Podoba věcí příštích

Po indexování současné a minulé U-křivky se Gertie, Lyons a jejich kolegové obrátili k její možné budoucnosti nebo jejímu nedostatku. Průměrná velikost býložravců a masožravců se od vynoření neandertálců a masožravců zmenšila téměř 100krát. rozumný muž Za posledních statisíce let tým uvádí, že velikost masožravců se za stejné období snížila asi 10krát. V důsledku toho se dlouhotrvající U křivka začala znatelně zplošťovat, řekla Gertie.

V této souvislosti tým předpověděl, že existuje více než 50% šance, že mnoho velkých a středně velkých savců – včetně suchých tygrů a nosorožců, z nichž oba považují lidi za své jediné predátory – během příštích 200 let vyhyne. . Tato předpokládaná vyhynutí by pouze zhoršila narušení U-křivky, zejména do té míry, že ztráta velkých býložravců by mohla vést k nebo urychlit ztrátu velkých masožravců, kteří se jimi živí, uvedli vědci.

„Určitě je možné, že když některá z těchto zvířat sundáme z vrcholu (křivka U) a jak stáhneme některé z těchto rozsahů velikosti těla, změníme způsob, jakým je energie rozdělena,“ řekla. „To může mít zásadní důsledky pro životní prostředí a ekosystém jako celek.“

Vědci došli k závěru, že je také možné, že nadcházející pokles velikosti těla savců dokonce předstihne bezprecedentní pokles pozorovaný za poslední stovky tisíc let.

„Stále vidíte, že v literatuře o životním prostředí lidé spekulují o tom, jak jsou ekosystémy nyní méně stabilní, méně odolné a náchylnější ke kolapsu,“ řekl Lyons. „Myslím, že je to jen další důkaz, který naznačuje, že tomu tak v budoucnu skutečně může být.“

Odkaz: „Antrogenní poruchy dlouhodobých vzorců struktury velikosti potravy u obratlovců“ od Rob Cook, William Gerty, Abby S. Chapman, Gillian Dunnick, Graham J. . Stuart-Smith, S. Kathleen Lyons a Amanda E. Bates, 21. dubna 2022, k dispozici zde. Ekologie a evoluce přírody.
DOI: 10.1038 / s41559-022-01726-x

Gertie a Lyons byli spoluautory studie s Robertem Cookem z britského Centra pro životní prostředí a hydrologii. Amanda Bates z Victoria University (Kanada). Abby Chapman z University College London; Gillian Donek z Univerzity Simona Frasera (Kanada); Graham Edgar a Rick Stewart Smith z University of Tasmania (Austrálie); Jonathan Levchek ze Smithsonian Center for Environmental Research; Craig MacLean z Louisiana Maritime University Consortium; a Gil Riloff z Israel Hydrobiology and Oceanography Research.