Нарушена фундаментальная особенность экосистем возрастом 66 миллионов лет

Согласно новому исследованию, U-образная связь между диетой и размером тела у современных наземных млекопитающих может означать «универсальную связь», поскольку она охватывает как минимум 66 миллионов лет и ряд групп позвоночных животных.

Прошло несколько десятилетий с тех пор, как экологи поняли, что графическое изображение соотношения размера рациона наземных млекопитающих дает U-образную кривую, когда эти млекопитающие выравниваются по градиенту «растение — белок». Согласно этой кривой, травоядные слева и плотоядные справа имеют тенденцию расти намного крупнее, чем всеядные или инвертоядные (питающиеся беспозвоночными) животные в середине.

В новом исследовании ученые пришли к выводу, что закономерность на самом деле восходит к глубокому времени и применима к наземным птицам, рептилиям и даже морским рыбам.

Кроме того, исследование предполагает, что вызванное деятельностью человека вымирание крупнейших травоядных и плотоядных животных вызывает нарушение того, что, по-видимому, является фундаментальным компонентом прошлых и настоящих экосистем, с потенциально непредсказуемыми последствиями.

«Мы не уверены, что произойдет, потому что раньше такого не было», — говорят ученые. «Но поскольку системы находились в очень стабильном состоянии в течение очень долгого времени, возникает вопрос о том, что может произойти, когда они покинут это состояние».

Размер вверх, размер вниз

По словам ученых, эволюционная и экологическая история видов животных может быть частично рассказана через переплетение влияний диеты и размера. Диета вида определяет его потребление энергии, что, в свою очередь, стимулирует рост и, в конечном итоге, определяет его размер.

Тем не менее, этот размер также может ограничивать качество и количество пищи, доступной для вида, даже если он устанавливает пороговые значения качества и количества, необходимых для выживания.

«Вы можете быть настолько большими, насколько вам позволяет ваша еда», — сказал Уилл Герти, автор работы. «В то же время вы часто настолько велики, насколько вам нужно, чтобы ловить и обрабатывать пищу. Так что здесь есть эволюционное взаимодействие».

Поскольку растительная диета травоядных относительно бедна питательными веществами, они часто становятся массивными, чтобы покрыть больше земли, чтобы добывать больше пищи, и имеют длинные сложные пищеварительные тракты, которые извлекают из нее максимум питательных веществ.

Тем временем плотоядные должны стать достаточно большими, чтобы не отставать от этих травоядных и охотиться на них. Несмотря на то, что диета всеядных обычно держит их желудки полными, их высокие потребности в энергии, как правило, заставляют их сосредотачиваться на орехах, насекомых и других мелких, высококалорийных продуктах. И хотя инвертоядные предпочитают в основном богатую белком добычу, миниатюрный характер этой добычи в сочетании с жесткой конкуренцией со стороны многих других инвертоядных относит их к самым маленьким по размеру из всех.

Конечный результат: U-образное распределение средних и максимальных размеров тела у млекопитающих. Чтобы проанализировать обобщаемость этой модели в наши дни, ученые собрала данные о размерах тела для огромного количества выживших видов: 5033 млекопитающих, 8991 птица, 7356 рептилий и 2795 рыб.

«Это действительно интересно и поразительно видеть, что эта связь сохраняется, даже когда рядом с вами есть другие доминирующие животные». — Уилл Герти.

Хотя эта закономерность отсутствовала у морских млекопитающих и морских птиц, вероятно, из-за уникальных потребностей жизни в воде , она проявилась у других групп позвоночных — рептилий, морских рыб и наземных птиц, которых исследовала команда.

Эта закономерность сохранялась даже в различных биомах — например, в лесах, лугах и пустынях или в тропической части Атлантического океана и в умеренной северной части Тихого океана — при анализе наземных млекопитающих, наземных птиц и морских рыб.

«Показывая, что связь существует во всех этих различных группах, можно предположить, что есть что-то фундаментальное в том, как позвоночные получают энергию, как они взаимодействуют друг с другом и как они сосуществуют», — сказала соавтор исследования Кейт Лайонс. «Мы не знаем, необходимо ли это — могут быть другие способы организации сообществ позвоночных в отношении размера тела и диеты — но этого, безусловно, достаточно».

Но исследователи также были заинтересованы в том, чтобы узнать, как долго может существовать U-образная кривая. Поэтому они проанализировали записи окаменелостей 5427 видов млекопитающих, некоторые из которых датируются ранним меловым периодом от 145 до 100 миллионов лет назад. Биологи первоначально собрали данные об окаменелостях в рамках исследования 2018 года о вымирании крупных млекопитающих от рук людей и их недавних предков.

«Насколько мне известно, это самое обширное исследование эволюции размеров тела и особенно рациона млекопитающих с течением времени», — сказал Уилл Герти.

Выяснилось, что U-образная кривая тянется по крайней мере на 66 миллионов лет назад, когда динозавры только что погибли, а млекопитающие еще не превратились в доминирующий класс животных, которым они являются сегодня.

«Это действительно интересно и поразительно, видеть, что эта связь сохраняются, даже когда рядом с вами есть другие доминирующие животные. Мы подозреваем, что она действительно существовала с момента появления млекопитающих как группы».

Прогноз будущего

Каталогизировав настоящее и прошлое U-образной кривой, ученые обратились к ее будущему или ее потенциальному отсутствию. Они сообщили, что средние размеры травоядных и всеядных сократились примерно в 100 раз с момента появления неандертальцев и человека разумного за последние несколько сотен тысяч лет, а размер плотоядных за тот же период уменьшился примерно в 10 раз. В результате U-образная кривая, которая сохранялась так долго, начала заметно сглаживаться.

В этом ключе ученые прогнозирует более чем 50-процентную вероятность того, что несколько крупных и средних млекопитающих, включая тигра и яванского носорога, для которых человек единственная угроза, вымрут в течение следующих 200 лет.

Исследователи заявили, что эти предсказанные вымирания только усугубят нарушение U-образной кривой, особенно в той степени, в которой исчезновение крупных травоядных может спровоцировать или ускорить исчезновение крупных хищников, которые на них охотятся.

«Вполне возможно, что когда мы убираем некоторых из этих животных с вершины (U-образной кривой) и когда мы схлопываем некоторые из этих диапазонов размеров тела, мы меняем способ распределения энергии», — говорят исследователи. «Возможно, это может иметь фундаментальные последствия для окружающей среды и экосистемы в целом».

Также возможно, заключили авторы, что предстоящее уменьшение размеров тела млекопитающих может превзойти даже беспрецедентное сокращение, наблюдаемое за последние несколько сотен тысяч лет.

Исследование было опубликовано в Nature Ecology & Evolution.