Люди нарушают 66-миллионолетнюю особенность экосистем

Универсальная U-образная связь между диетой и размером у современных наземных млекопитающих, возможно, действительно универсальна. Новое исследование показало, что эта закономерность существует как минимум 66 миллионов лет и характерна для целого ряда групп позвоночных.

Экологи десятилетия назад обнаружили, что график зависимости размера от диеты у наземных млекопитающих (при расположении их по градиенту от растений к белку) имеет U-образную форму. Травоядные (слева) и плотоядные (справа) достигают гораздо больших размеров, чем всеядные и питающиеся беспозвоночными (инвертиворы) в середине кривой.

До сих пор этот паттерн почти не изучали за пределами млекопитающих и современной эпохи. Новое исследование учёных из Университета Небраски-Линкольна и институтов четырёх континентов показало, что эта закономерность уходит в глубокое прошлое и применима к наземным птицам, рептилиям и даже морским рыбам.

Однако исследование также указывает, что связанное с деятельностью человека вымирание крупнейших травоядных и плотоядных нарушает фундаментальную особенность экосистем прошлого и настоящего, что может иметь непредсказуемые последствия.

"Мы не уверены, что произойдёт, потому что такого раньше не случалось, — сказал Уилл Гирти, соавтор исследования, опубликованного 21 апреля в журнале Nature Ecology & Evolution. — Но поскольку системы, судя по всему, очень долго находились в стабильном состоянии, тревожно думать, что будет, когда они выйдут из него".

Эволюционное взаимодействие

История вида отчасти определяется взаимным влиянием диеты и размера. Диета определяет потребление энергии, что ведёт к росту и в итоге влияет на размер. Но размер также ограничивает доступность пищи и задаёт пороги для её количества и качества, необходимых для выживания.

"Вы можете быть настолько большими, насколько позволяет ваша пища, — говорит Гирти. — В то же время вы часто бываете настолько большими, насколько нужно, чтобы поймать и переработать свою пищу. Здесь есть эволюционное взаимодействие".

Скудная растительная диета заставляет травоядных увеличиваться, чтобы покрывать больше территории для поиска пищи и вмещать длинный сложный пищеварительный тракт. Плотоядные, в свою очередь, должны быть достаточно большими, чтобы угнаться за травоядными и одолеть их. Всеядные, несмотря на разнообразное меню, из-за высоких энергозатрат часто фокусируются на орехах, насекомых и другой мелкой, энергоёмкой пище. Инвертиворы питаются богатой белком добычей, но её мелкие размеры и жёсткая конкуренция ограничивают их самыми маленькими размерами.

Итог — U-образное распределение средних и максимальных размеров тела у млекопитающих. Чтобы проверить универсальность паттерна, команда собрала данные о размерах 5033 видов млекопитающих, 8991 вида птиц, 7356 видов рептилий и 2795 видов рыб.

Паттерн отсутствовал у морских млекопитающих и морских птиц (вероятно, из-за специфики водной среды), но проявился у других групп — рептилий, морских рыб и наземных птиц. Закономерность сохранялась в разных биомах (леса, степи, пустыни, тропическая Атлантика, умеренная северная часть Тихого океана) для наземных млекопитающих, наземных птиц и морских рыб.

"Тот факт, что это существует во всех этих разных группах, говорит о фундаментальности этого принципа в том, как позвоночные получают энергию, взаимодействуют и сосуществуют, — сказала соавтор Кейт Лайонс. — Мы не знаем, необходим ли он, но он определённо достаточен".

Уходящая в прошлое

Учёные также проанализировали ископаемые остатки 5427 видов млекопитающих, некоторые из которых датируются ранним меловым периодом (145–100 млн лет назад). Данные изначально были собраны для исследования 2018 года о вымирании крупных млекопитающих из-за людей и их недавних предков.

"Насколько мне известно, это самое масштабное исследование эволюции размера тела и особенно диеты у млекопитающих с течением времени", — отметил Гирти.

Оно показало, что U-образная кривая существует как минимум 66 миллионов лет — с момента вымирания не-птичьих динозавров, когда млекопитающие ещё не стали доминирующим классом.

"Это действительно интересно и поразительно — видеть, что эта взаимосвязь сохраняется, даже когда вокруг есть другие доминирующие животные. Мы подозреваем, что она существовала с самого возникновения млекопитающих как группы", — сказал Гирти.

Будущее кривой

Проанализировав настоящее и прошлое U-кривой, учёные обратились к её будущему. Медианный размер травоядных и всеядных упал примерно в 100 раз с появлением неандертальцев и Homo sapiens за последние несколько сотен тысяч лет, а размер плотоядных сократился примерно в 10 раз. В результате долго сохранявшаяся U-кривая начала заметно сглаживаться.

Команда прогнозирует более чем 50%-ную вероятность вымирания в ближайшие 200 лет нескольких крупных и средних млекопитающих, включая тигра и яванского носорога, для которых люди — единственные хищники. Эти вымирания усугубят нарушение U-кривой, особенно поскольку потеря крупных травоядных может спровоцировать или ускорить вымирание питающихся ими крупных плотоядных.

"Вполне возможно, что, убирая животных с верхних точек кривой и сокращая диапазоны размеров, мы меняем способ распределения энергии. Это может иметь фундаментальные последствия для среды и экосистемы в целом", — считает Гирти.

Исследователи также пришли к выводу, что предстоящее сокращение размеров млекопитающих может превзойти даже беспрецедентное падение, наблюдавшееся последние несколько сотен тысяч лет.

"В экологической литературе постоянно встречаются предположения, что экосистемы сейчас менее стабильны, менее устойчивы и более склонны к коллапсу. Думаю, это ещё одно доказательство того, что в будущем это действительно может стать реальностью", — заключила Лайонс.