Восстановление рационов ледникового периода показывает распад пищевых сетей

Исследование, опубликованное на этой неделе в Science, даёт наиболее чёткую картину последствий сокращения численности наземных млекопитающих для пищевых сетей за последние 130 000 лет.

Картина неутешительна.

«Хотя за это время вымерло около 6% наземных млекопитающих, мы оцениваем, что исчезло более 50% связей в пищевой сети млекопитающих», — заявил эколог Эван Фрик, ведущий автор исследования. «И млекопитающие, наиболее подверженные сокращению как в прошлом, так и сейчас, являются ключевыми для сложности пищевой сети».

Пищевая сеть включает все связи между хищниками и их жертвами в географическом районе. Сложные пищевые сети важны для регуляции популяций, что позволяет сосуществовать большему числу видов, поддерживая биоразнообразие и стабильность экосистем. Однако сокращение численности животных может разрушить эту сложность, подрывая устойчивость экосистем.

Хотя сокращение численности млекопитающих — хорошо документированная черта кризиса биоразнообразия (многие виды вымерли или сохранились на малой части своего исторического ареала), оставалось неясным, насколько эти потери деградировали пищевые сети мира.

Чтобы понять, что было утрачено в пищевых сетях, связывающих наземных млекопитающих, Фрик возглавил команду учёных из США, Дании, Великобритании и Испании. Они использовали современные методы машинного обучения, чтобы определить, «кто кого ел» с периода 130 000 лет назад до наших дней.

Используя данные современных наблюдений за взаимодействиями «хищник-жертва», исследователи обучили алгоритм машинного обучения распознавать, как признаки видов влияют на вероятность того, что один вид будет охотиться на другой. После обучения модель могла предсказывать такие взаимодействия для пар видов, которые не наблюдались напрямую.

«Этот подход может определить, кто кого ест сегодня, с точностью 90%», — сказала эколог из Университета Райса Лидия Бодро, старший автор исследования. «Это лучше, чем могли предыдущие подходы, и позволило нам смоделировать взаимодействия для вымерших видов».

Исследование даёт беспрецедентный глобальный взгляд на пищевую сеть, связывавшую млекопитающих ледникового периода, а также на то, как выглядели бы пищевые сети сегодня, если бы саблезубые кошки, гигантские наземные ленивцы, сумчатые львы и шерстистые носороги всё ещё существовали.

«Хотя окаменелости могут рассказать, где и когда жили определённые виды, это моделирование даёт нам более богатую картину того, как эти виды взаимодействовали друг с другом», — отметила Бодро.

Анализ изменений пищевых сетей во времени показал, что пищевые сети по всему миру разрушаются из-за сокращения численности животных.

«Моделирование показало, что пищевые сети наземных млекопитающих деградировали гораздо сильнее, чем можно было бы ожидать при случайном вымирании видов», — сказал Фрик. «Эти результаты демонстрируют не устойчивость, а медленный коллапс пищевой сети, вызванный избирательной потерей видов, играющих центральную роль в ней».

Исследование также показало, что не всё потеряно. Хотя вымирания стали причиной примерно половины зафиксированного сокращения связей в сетях, остальное произошло из-за сокращения географических ареалов существующих видов.

«Восстановление этих видов в их исторических ареалах имеет большой потенциал для обращения вспять этих сокращений», — заявил Фрик.

По его словам, усилия по восстановлению местных видов хищников или жертв, такие как реинтродукция рыси в Колорадо, европейского зубра в Румынии и ильки в штате Вашингтон, важны для восстановления сложности пищевых сетей.

«Когда животное исчезает из экосистемы, его потеря эхом отзывается по всей сети связей, объединяющих все виды в этой экосистеме. Наша работа представляет новые инструменты для измерения того, что утрачено, что ещё мы можем потерять, если исчезнут исчезающие виды, и той экологической сложности, которую мы можем восстановить через восстановление видов».