Mensen verstoren een belangrijk kenmerk van 66 miljoen jaar oude ecosystemen – ‘nooit eerder’

De relatie tussen dieet en grootte is in een diepe tijd gevonden bij meerdere gewervelde groepen.

Volgens een nieuwe studie zou de U-vormige associatie tussen dieet en grootte bij moderne landzoogdieren ook ‘wereldwijd’ kunnen vertegenwoordigen, met een relatie van minstens 66 miljoen jaar en een reeks gewervelde diergroepen.

Het is tientallen jaren geleden dat ecologen zich realiseerden dat een grafiek van de relatie tussen de voeding en de grootte van landzoogdieren een U-vormige curve produceert wanneer die zoogdieren zijn uitgelijnd op een plant-tot-eiwit gradiënt. Zoals uit deze curve blijkt, hebben de meest linkse herbivoren en de meest rechtse carnivoren de neiging om veel groter te worden dan de middelste voedende herbivoren en ongewervelde dieren.

Tot nu toe is er echter bijna geen onderzoek gedaan naar een patroon dat verder gaat dan zoogdieren of de moderne tijd. In een nieuwe studie concluderen onderzoekers van de Universiteit van Nebraska-Lincoln en instellingen op vier continenten dat het patroon eigenlijk dateert uit de oudheid en van toepassing is op op het land levende vogels, reptielen en zelfs zoutwatervissen.

De studie merkt echter ook op dat door de mens veroorzaakte uitsterving van de grootste herbivoren en carnivoren verstoring veroorzaakt in wat een essentieel onderdeel lijkt te zijn van vroegere en huidige ecosystemen, met mogelijk onvoorspelbare effecten.

“We weten niet zeker wat er gaat gebeuren, omdat dit nog niet eerder is gebeurd”, zegt Will Gerty, een postdoctoraal onderzoeker in Nebraska en co-auteur van de studie, die op 21 april werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Ecology and Evolution. “Maar aangezien de systemen al heel lang in een zeer stabiele staat verkeren, komt het erop neer wat er kan gebeuren als ze die staat verlaten.”

Maat groter, maat kleiner

Gertie zei dat de evolutionaire en ecologische geschiedenis van diersoorten gedeeltelijk kan worden verteld door de verweven invloeden van dieet en grootte. Het dieet van een soort bepaalt zijn energieverbruik, wat op zijn beurt de groei stimuleert en uiteindelijk helpt bij het bepalen van de grootte. Deze grootte kan echter ook de kwaliteit en kwantiteit van voedsel beperken dat beschikbaar is voor een soort, zelfs wanneer het drempels stelt voor de kwaliteit en kwantiteit die nodig is om te overleven.

“Je kunt zo groot zijn als je eten je toelaat,” zei Gerty. “Tegelijk zijn ze vaak zo groot als je nodig hebt om je eten op te pakken en te verwerken. Er is dus sprake van een evolutionaire interactie.”

Figuur die de U-vormige relatie toont tussen dieet en grootte (of massa in kilogram) bij landzoogdieren. De grijze delen van de balken staan ​​voor soorten die momenteel met uitsterven worden bedreigd, terwijl de witte delen voor soorten die al uitgestorven zijn. Krediet: ecologie en evolutie / Springer Nature

Omdat de vegetarische diëten van herbivoren relatief arm zijn aan voeding, worden ze vaak groot om meer grond te bedekken om meer voedsel te voeren – en om de lange, complexe spijsverteringskanalen te huisvesten waaruit ze de maximale voedingsstoffen halen. Ondertussen moeten carnivoren groot genoeg worden om die herbivoren bij te houden en te elimineren. Hoewel het buffetmenu voor carnivoren meestal hun maag vol houdt, zorgen hun hoge energiebehoeften er over het algemeen voor dat ze zich concentreren op noten, insecten en andere kleine, energierijke voedingsmiddelen. En hoewel reflectoren meestal eiwitrijke prooien hebben, degradeert het kleine karakter van die prooi, in combinatie met de intense concurrentie van vele andere reflectoren, ze tot de kleinste van allemaal.

Het eindresultaat: een U-vormige verdeling van gemiddelde en maximale lichaamsgrootte bij zoogdieren. Om de generaliseerbaarheid van dit patroon in de moderne tijd te analyseren, heeft het team lichaamsgroottegegevens verzameld voor een groot aantal overlevende soorten: 5.033 zoogdieren, 8.991 vogels, 7.356 reptielen en 2.795 vissen.

Hoewel dit patroon afwezig was bij zeezoogdieren en zeevogels, mogelijk vanwege de unieke vereisten om in water te leven, verscheen het in andere gewervelde groepen – reptielen, zeevissen en landvogels – die het team onderzocht. Dit patroon liep zelfs door verschillende biomen – bossen versus graslanden versus woestijnen, bijvoorbeeld, of de tropische Atlantische Oceaan versus gematigde noordelijke Stille Oceaan – bij het analyseren van landzoogdieren, wilde vogels en zoutwatervissen.

“Aantonen dat dit in al deze verschillende groepen aanwezig is, suggereert dat het iets fundamenteels is over hoe gewervelde dieren energie krijgen, hoe ze met elkaar omgaan en hoe ze naast elkaar bestaan”, zei co-auteur Kate Lyons, een assistent-professor biologische wetenschappen in Nebraska. . “We weten niet of dit nodig is – er kunnen andere manieren zijn om gewervelde gemeenschappen te organiseren in termen van lichaamsgrootte en dieet – maar het is zeker voldoende.”

Maar de onderzoekers waren ook geïnteresseerd in hoe lang de U-curve zou kunnen duren, dus analyseerden ze fossielen van 5.427 soorten zoogdieren, waarvan sommige dateren uit vroegere tijden. krijtachtig Periode van 145 miljoen tot 100 miljoen jaar geleden. Lyons en collega’s verzamelden de fossiele gegevens oorspronkelijk als onderdeel van een Onderzoek uit 2018 naar het uitsterven van grote zoogdieren door toedoen van mensen en hun nieuwe voorouders.

“Voor zover ik weet, is dit het meest uitgebreide onderzoek naar de evolutie van lichaamsgrootte en vooral dieet bij zoogdieren in de loop van de tijd,” zei Gerty.

Het onthulde dat de U-curve minstens 66 miljoen jaar teruggaat, toen de niet-aviaire dinosaurussen net waren uitgeroeid, maar dat zoogdieren nog niet waren gediversifieerd tot de dominante dierenklasse die ze nu zijn.

Gertie zei: “Het is echt interessant en echt verrassend om te zien dat deze relatie blijft bestaan, zelfs als je andere dominante dieren hebt.

“We vermoeden dat het echt heeft bestaan ​​sinds zoogdieren als groep zijn ontstaan.”

De vorm van dingen die komen

Na het indexeren van de huidige en vroegere U-curve, richtten Gertie, Lyons en hun collega’s zich op de mogelijke toekomst of het ontbreken daarvan. De gemiddelde grootte van herbivoren en carnivoren is bijna 100 keer kleiner geworden sinds de opkomst van Neanderthalers en verstandig man In de afgelopen honderdduizenden jaren, zo meldt het team, is de omvang van de carnivoren in dezelfde periode ongeveer 10 keer afgenomen. Als gevolg hiervan begon de langlopende U-curve merkbaar af te vlakken, zei Gertie.

In deze context voorspelde het team dat er een kans van meer dan 50% is dat veel grote en middelgrote zoogdieren – inclusief de droge tijger en neushoorn, die beide mensen als hun enige roofdieren beschouwen – binnen de komende 200 jaar zullen uitsterven. . Deze verwachte uitstervingen zouden de verstoring van de U-curve alleen maar verergeren, vooral in de mate dat het verlies van grote herbivoren zou kunnen leiden tot of het verlies van grote carnivoren die zich ermee voeden, zou kunnen versnellen, aldus de onderzoekers.

“Het is zeker mogelijk dat wanneer we enkele van deze dieren van de top halen (de U-curve), en terwijl we enkele van deze lichaamsgroottebereiken naar beneden halen, we de manier veranderen waarop de energie wordt verdeeld,” zei ze. “Dit kan fundamentele implicaties hebben voor het milieu en het ecosysteem als geheel.”

Het is ook mogelijk, concluderen de onderzoekers, dat de aanstaande afname van de lichaamsgrootte van zoogdieren zelfs groter zal zijn dan de ongekende afname die de afgelopen honderdduizenden jaren is waargenomen.

“Je ziet nog steeds in de milieuliteratuur dat mensen speculeren over hoe ecosystemen nu minder stabiel, minder veerkrachtig en meer vatbaar zijn voor instorting”, zei Lyons. “Ik denk dat dit gewoon weer een bewijs is om te suggereren dat dit in de toekomst inderdaad het geval kan zijn.”

Referentie: “Anthrogene verstoringen van langetermijnpatronen van de structuur van voedselgrootte bij gewervelde dieren” door Rob Cook, William Gerty, Abby S. Chapman, Gillian Dunnick, Graham J. . Stuart-Smith, S. Kathleen Lyons en Amanda E. Bates, 21 april 2022, hier beschikbaar. Ecologie en natuurevolutie.
DOI: 10.1038 / s41559-022-01726-x

Gertie en Lyons waren co-auteur van de studie met Robert Cook van het Britse Centre for Environment and Hydrology. Amanda Bates van de Victoria University (Canada). Abby Chapman van University College London; Gillian Donek van de Simon Fraser University (Canada); Graham Edgar en Rick Stewart Smith van de Universiteit van Tasmanië (Australië); Jonathan Levchek van het Smithsonian Center for Environmental Research; Craig MacLean, van het Louisiana Maritime University Consortium; en Gil Riloff, van Israel Hydrobiology and Oceanography Research.