Oamenii perturbă o caracteristică fundamentală a ecosistemelor vechi de 66 de milioane de ani – „Acest lucru nu s-a întâmplat niciodată înainte”

O ilustrație care înfățișează mamifere erbivore (verde), omnivore (violet), inversivore (galbene) și carnivore (roșii). Fiecare coloană include specii de mamifere dispărute în ultimii 2,58 milioane de ani (umbră deschisă); cele preconizate a se pierde în viitorul apropiat (umbră medie, probabilitate de dispariție > 50%); și cele susceptibile de a persista (nuanță închisă, probabilitate de dispariție <20%). Extincțiile legate de oameni ale celor mai mari erbivore și carnivore perturbă ceea ce pare a fi o caracteristică fundamentală a ecosistemelor trecute și prezente, potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Nebraska-Lincoln și instituții de pe patru continente. Credit: Julius Csotonyi / Ecologie și evoluție naturii

Relație între dieta și dimensiunea găsită în timp profund, mai multe grupuri de vertebrate.

Potrivit unui nou studiu, asocierea în formă de U dintre dietă și dimensiunea corpului la mamiferele terestre moderne ar putea însemna, de asemenea, „universală”, deoarece relația se întinde pe cel puțin 66 de milioane de ani și se întinde pe o serie de grupuri de animale vertebrate.

Au trecut decenii de când ecologiștii și-au dat seama că trasarea relației dintre dieta și mărimea mamiferelor terestre produce o curbă în formă de U atunci când aliniază aceste mamifere pe un gradient de proteine ​​vegetale. După cum ilustrează această curbă, erbivorele care mănâncă plante din extrema stângă și carnivorele carnivore din extrema dreaptă tind să devină mult mai mari decât cele ale omnivorelor care mănâncă tot și ale invertivorelor care mănâncă nevertebrate din mijloc.

Până în prezent, însă, aproape nicio cercetare nu a căutat modelul dincolo de mamifere sau timpurile moderne. Într-un nou studiu, cercetătorii de la Universitatea Nebraska-Lincoln și instituțiile de pe patru continente au ajuns la concluzia că tiparul datează de fapt din timp profund și se aplică păsărilor terestre, reptilelor și chiar peștilor de apă sărat.

Cu toate acestea, studiul sugerează, de asemenea, că disparițiile cauzate de om ale ierbivorelor și carnivorelor mai mari provoacă perturbarea a ceea ce pare a fi o componentă fundamentală a ecosistemelor trecute și prezente, cu implicații potențial imprevizibile.

„Nu știm ce se va întâmpla pentru că nu s-a întâmplat niciodată înainte”, a spus Will Gearty, cercetător postdoctoral din Nebraska și coautor al studiului, publicat pe 21 aprilie în revista Nature Ecology and Evolution. „Dar pentru că sistemele au fost într-o stare foarte stabilă de foarte mult timp, este vorba despre ce s-ar putea întâmpla atunci când părăsesc această stare”.

Mărimea în sus, mărimea în jos

Poveștile evolutive și ecologice ale speciilor de animale pot fi spuse parțial prin influențele împletite ale dietei și ale dimensiunii, a spus Gearty. Dieta unei specii determină consumul de energie, care la rândul său stimulează creșterea și, în cele din urmă, ajută la dictarea dimensiunii acesteia. Cu toate acestea, această dimensiune poate limita, de asemenea, calitatea și cantitatea de hrană disponibilă unei specii, chiar dacă stabilește praguri pentru calitatea și cantitatea necesară supraviețuirii.

„Poți fi atât de mare pe cât îți permite mâncarea”, a spus Gearty. „În același timp, ești adesea atât de mare pe cât trebuie pentru a prinde și a procesa mâncarea. Deci există o interacțiune evolutivă acolo.

O figură care ilustrează relația în formă de U dintre dietă și dimensiune (sau masă, în kilograme) la mamiferele terestre. Părțile gri ale barelor reprezintă specii în prezent amenințate cu dispariția, părțile albe reprezentând specii care au dispărut deja. Credit: Nature Ecology and Evolution / Springer Nature

Deoarece dietele erbivorelor pe bază de plante sunt relativ sărace în nutrienți, acestea devin adesea masive în efortul de a acoperi mai mult teren pentru a căuta mai multă hrană – și de a se adapta la tractul digestiv lung și complex care rezultă. Carnivorele, pe de altă parte, trebuie să crească suficient de mari pentru a urmări și elimina aceste ierbivore. Deși meniul în stil bufet al omnivorelor le menține de obicei stomacul plin, nevoile lor mari de energie îi fac de obicei să se concentreze pe nuci, insecte și alte alimente mici, bogate în energie. Și, în timp ce invertivorele se bucură în primul rând de prada bogată în proteine, natura minusculă a acestor pradă, combinată cu concurența acerbă a multor alte invertivore, le relegă la cele mai mici dimensiuni dintre toate.

Rezultatul final: o distribuție în formă de U a dimensiunilor corporale medii și maxime la mamifere. Pentru a analiza generalizarea acestui model în timpurile moderne, echipa a compilat date despre mărimea corpului pentru un număr mare de specii supraviețuitoare: 5.033 de mamifere, 8.991 de păsări, 7.356 de reptile și 2.795 de pești.

Deși modelul a fost absent la mamiferele marine și păsările marine, probabil din cauza cerințelor unice ale vieții în apă, a apărut și la celelalte grupuri de vertebrate – reptile, pești de apă sărată și păsări de uscat – revizuite de echipă. Modelul s-a menținut chiar și în diferite biome – păduri versus pajiști versus deșerturi, de exemplu, sau Oceanul Atlantic tropical versus Pacificul de Nord temperat – atunci când se analizează mamifere terestre, păsări terestre și pești de apă.

„Arătarea că există în toate aceste grupuri diferite sugerează că este ceva fundamental în ceea ce privește modul în care vertebratele dobândesc energie, cum interacționează între ele și cum coexistă”, a spus coautorul Kate Lyons, profesor asistent de științe biologice la Nebraska. . . „Nu știm dacă acest lucru este necesar – ar putea exista și alte modalități de organizare a comunităților de vertebrate în ceea ce privește dimensiunea corpului și dieta – dar cu siguranță este suficient”.

Dar cercetătorii au vrut să știe și cât de mult ar fi putut dura curba U. Așa că au analizat înregistrările fosile a 5.427 de specii de mamifere, dintre care unele datează de la începuturi. Cretacic Perioada de la 145 milioane până la 100 milioane de ani. Lyons și colegii săi au colectat inițial datele fosilelor ca parte a unui 2018 Studiu de extincție a mamiferelor mari în mâinile oamenilor și a strămoșilor lor recenti.

„Din cunoștințele mele, aceasta este cea mai amănunțită investigație a evoluției dimensiunii corpului și în special a dietei la mamifere de-a lungul timpului”, a spus Gearty.

El a descoperit că curba U datează de cel puțin 66 de milioane de ani, când dinozaurii non-aviari tocmai fuseseră distruși, dar mamiferele încă nu s-au ramificat în clasa dominantă de animale care sunt astăzi.

„Este cu adevărat interesant și surprinzător”, a spus Gearty, „să vezi că această relație persistă chiar și atunci când ai alte animale dominante în preajmă.

„Bănuim că există de fapt de la începutul mamiferelor ca grup”.

Forma lucrurilor viitoare

După ce au catalogat prezentul și trecutul curbei U, Gearty, Lyons și colegii lor și-au pus ochii pe viitorul său sau pe potențiala lipsă a acestuia. Înălțimea medie a ierbivorelor și omnivorelor a scăzut de aproximativ 100 de ori de la apariția oamenilor de Neanderthal și Homo sapiens în ultimele sute de mii de ani, a raportat echipa, dimensiunea carnivorelor scăzând de aproximativ 10 ori în aceeași perioadă. Ca urmare, curba U care a persistat atât de mult a început să se aplatizeze în mod vizibil, a spus Gearty.

În acest sens, echipa a prezis o șansă de peste 50% ca mai multe mamifere mari și mijlocii – inclusiv tigrul și rinocerul din Java, ambele consideră că oamenii sunt singurii lor prădători – să dispară în următorii 200 de ani. Aceste extincții proiectate nu ar face decât să agraveze perturbarea curbei U, au spus cercetătorii, mai ales că pierderea ierbivorelor mari ar putea declanșa sau accelera pierderea marilor carnivore care se hrănesc cu ele.

„Este cu siguranță posibil ca, prin eliminarea unora dintre aceste animale din partea superioară (a curbei U) și prin reducerea unora dintre aceste intervale de dimensiuni ale corpului, să schimbăm modul în care energia este distribuită”, a spus Gearty. menționat. „Ar putea avea implicații fundamentale pentru mediu și ecosistem în ansamblu”.

Este, de asemenea, posibil, au concluzionat cercetătorii, că viitoarea scădere a dimensiunii corpului mamiferelor să depășească chiar și declinul fără precedent observat în ultimele sute de mii de ani.

„Vedeți în continuare, în literatura ecologică, oameni care speculează cu privire la modul în care ecosistemele sunt mai puțin stabile acum, mai puțin rezistente și mai predispuse la colaps”, a spus Lyons. „Cred că aceasta este doar o altă sursă de dovezi care sugerează că acest lucru ar putea fi într-adevăr cazul în viitor.”

Referință: „Anthropogenic Disturbances of Longstanding Patterns of Trophic Size Structure in Vertebrates” de Rob Cooke, William Gearty, Abbie SA Chapman, Jillian Dunic, Graham J. Edgar, Jonathan S. Lefcheck, Gil Rilov, Craig R. McClain, Rick D Stuart -Smith, S. Kathleen Lyons și Amanda E. Bates, 21 aprilie 2022, Ecologia și evoluția naturii.
DOI: 10.1038/s41559-022-01726-x

Gearty și Lyons au fost autorii studiului împreună cu Robert Cooke, Centrul pentru Ecologie și Hidrologie din Marea Britanie; Amanda Bates, de la Universitatea Victoria (Canada); Abbie Chapman, de la University College London; Jillian Dunic, Universitatea Simon Fraser (Canada); Graham Edgar și Rick Stuart-Smith, de la Universitatea din Tasmania (Australia); Jonathan Lefcheck, Centrul de Cercetare a Mediului Smithsonian; Craig McClain, Louisiana Universities Marine Consortium; și Gil Rilov de la Cercetări limnologice și oceanografice din Israel.