Кости морских птиц и окаменелости показывают масштабные изменения в пищевой сети северной части Тихого океана
Гавайские тайфунники тысячелетиями парили над Тихим океаном, питаясь рыбой и кальмарами. Теперь, используя данные, сохранённые в костях этих птиц, учёные из Национального музея естественной истории Смитсоновского института и Университета штата Мичиган обнаружили, что этот ныне находящийся под угрозой исчезновения вид пережил значительный сдвиг в пищевых ресурсах, скорее всего, за последние 100 лет. Это нарушение может быть связано с практикой промышленного рыболовства.
Исследование, опубликованное 28 марта в Proceedings of the Royal Society B, даёт уникальное представление о том, как изменилась океаническая пищевая сеть с началом промышленного рыболовства и других серьёзных антропогенных воздействий на экологию океана.
Птицы, такие как тайфунники, выступают в роли «дронов», собирающих образцы пищевой сети на огромных просторах северной части Тихого океана. Палеонтолог Хелен Джеймс и биохимик Пегги Остром использовали кости современных тайфунников с островов Гавайи и Мауи, а также окаменелости из музейной коллекции, датируемые периодами до появления человека на островах.
Анализ изотопов азота
Для оценки структуры пищевой сети птиц учёные проанализировали азот в их костях. Две формы (изотопы) азота присутствуют во всех организмах. Когда один организм поедается другим, эти формы азота включаются в тело хищника с разной, но предсказуемой скоростью. Это позволяет учёным анализировать изотопы азота, чтобы определить, сколько ступеней (трофический уровень) в пищевой цепи хищника.
В исследовании 2013 года команда обнаружила разницу в изотопах азота в костном коллагене между птицами последних 100 лет и теми, что жили в более ранние периоды. Было высказано предположение о трофическом снижении (укорочении пищевой цепи). Однако оставался вопрос: вызвано ли это изменением в источнике азота у основания пищевой сети или именно сокращением цепи.
Уточнённый анализ аминокислот
Чтобы различить эти возможности, Джеймс и Остром совместно с Ёсито Тикараиси (тогда в Японском агентстве науки и технологий по изучению морских недр Земли) провели более точный анализ. Белок из костей тайфунников был разделён на отдельные аминокислоты. Это позволило независимо проанализировать:
- Фенилаланин: изотопы азота в этой аминокислоте связаны с круговоротом питательных веществ у основания пищевой сети.
- Глутаминовую кислоту: изотопы азота в этой аминокислоте меняются с каждым шагом в пищевой цепи.
Результаты
Результаты были однозначными. У популяций с двух островов трофический уровень тайфунников со временем снизился. Не было обнаружено свидетельств изменения в переработке азота у основания пищевой сети.
Неясно, стали ли тайфунники питаться более мелкими или другими животными, или же нарушение произошло ниже в их пищевой цепи. Но очевидно, что структура пищевой сети в северной части Тихого океана изменилась.
«Птица действует как часовой того, что происходит в океане. Меняется трофическая структура. И поскольку это верхний хищник, летающий через Тихий океан, это означает, что произошло что-то в довольно широком масштабе», — сказала Пегги Остром.
Согласно Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, в 2014 году из восточно-центральной части Тихого океана (регион, включающий Гавайи) было изъято более 1,9 миллиона метрических тонн пищи. Такое истощение ограниченных ресурсов могло быть причиной сдвига в пищевой сети тайфунников.
Дальнейшие исследования верхних хищников позволят получить более полную картину изменений питательных веществ в открытом океане и помогут учёным прогнозировать последствия продолжающегося роста глобальной продуктивности рыболовства.
«Как куратор, я вижу, что это исследование подчеркивает одну вескую причину, по которой мы сохраняем исторические образцы в музеях естественной истории. Они представляют собой невероятную запись экологических изменений, которая может помочь нам понять будущее», — сказала Хелен Джеймс.