Останній льодовиковий максимум вплинув на трофічну структуру спільнот тварин, що мешкали в мамонтових степах • Олексій Гіляров • Новини науки на "Елементи" • Екологія, Клімат, Палеонтологія

Останній льодовиковий максимум вплинув на трофічну структуру спільнот тварин, що мешкали в мамонтових степах

Мамонти взимку. Картина палеонтолога і художника Костянтина Костянтиновича Флерова (1904-1980). Коли К. Флерів малював мамонтів, ще не було чіткого уявлення про мамонтових степах. Мабуть, тому ми і не бачимо тут високої засохлої трави. З сайту www.sivatherium.narod.ru

Спираючись на дані про вміст в останках тварин стабільних ізотопів вуглецю і азоту, дослідники зуміли з'ясувати трофічну структуру (хто кому служив їжею) в спільнотах тварин мамонтових степів, що існували на Землі в пізньому плейстоцені. Вихідний матеріал походив із Європи (де була західний край пояса мамонтових степів) і Аляски (колишня Берингия). Розглядали тільки хижаків і їх безпосередніх жертв. І серед хижаків, і серед травоїдних були як вимерлі види (мамонт, шерстистий носоріг, саблезубая кішка, печерний лев), так і дожили до наших днів (вовк, бурий ведмідь, північний олень, вівцебик, сарна і ін.). Останній льодовиковий максимум, що мав місце 26-19 тис. Років тому, не знищив мамонтові степи, але привів до перебудов в трофічної структурі їх спільнот.

Плейстоценовий пейзаж, як його представив художник Антон Мауріцціо. На передньому плані – північні олені. Ці та зараз процвітаючі звірі були численні і відігравали важливу роль в трофічних мережах спільнот тварин мамонтових степів. В центрі – пара диких коней, прямих предків домашніх коней, найближчих родичів коні Пржевальського. Справа на задньому плані – вівцебик, сайгаки і бізон. мамонти зображені далеко зліва. З сайту sdelanounas.ru

Мамонтові степи (інакше тундростепі) – своєрідний ландшафт і відповідний йому тип рослинності, що існував на Землі в пізньому плейстоцені. Як говорить сама назва, мамонт (Mammuthus primigenius) Був характерним видом фауни цих степів. Але крім мамонтів бродили по мамонтовим степах і інші великі травоїдні ссавці; деякі з них вимерли (наприклад, шерстистий носоріг – Coelodonta antiquitatus), Але інші продовжують процвітати і зараз (наприклад, північний олень – Rangifer tarandus). У пізньому плейстоцені мамонтові степи тяглися від Західної Європи на схід аж до Юкону, який входив до складу Берінгіі – суші, що з'єднувала Євразію і Америку в єдиний континент. Хоча розташовувалися ці степи в північних широтах, вони парадоксальним чином відрізнялися досить високою продуктивністю.Рослинність їх нічого спільного не мала з тундрової рослинністю, що виростає зараз на їх місці на Чукотці і на півночі Аляски. У Берінгіі вона була представлена ​​високими жорсткими травами, в Європі також – ділянками лісу з хвойних. Завдяки морозної, але сухий малосніжною зими високі трави, які виросли за літо, зберігалися всю зиму на корені, як запас сіна, яке і служило кормом для травоїдних.

Дикий північний олень (Rangifer tarandus). Цей дивовижний, екологічно дуже пластичний, звір грав важливу роль в плейстоценових спільнотах, часом будучи основною їжею хижаків, в тому числі і давно вимерлої шаблезубої кішки. Але і зараз північний олень, будучи широко поширений як на півночі Євразії, так і Америки, продовжує бути численним і є важливим компонентам тундрових і лісотундрових екосистем. Він також служить їжею хижаків (вовка, росомасі), яких стало набагато менше. Знімок зроблений в Північній Норвегії (Komagvær). Автор: nordfold. З сайту nordfold.deviantart.com

Як і інші екосистеми, мамонтові степи були схильні до тих чи інших кліматичних впливів. Зокрема, серйозні перебудови вони зазнали при настанні останнього льодовикового максимуму (Last Glacial Maximum, LGM). Це подія, яка мала місце 26,5-19 тис.років тому, призвело до часткового знищення мамонтових степів. Проте в рефугіумах і на південь від кордону льодовика основні елементи флори і фауни збереглися, і після відступу льодовика мамонтові степи відновилися. Зникли вони тільки при подальшому потеплінні і зміні характеру рослинності. Ряд тварин вимерли, але деякі ще довго продовжували існувати в ізольованих місцях проживання. Зокрема, останні мамонти, які зберігалися на острові Врангеля, зникли тільки 4 тис. Років тому.

Спробу оцінити вплив кліматичних змін на структуру харчових ланцюгів в спільнотах мамонтових степів зробив недавно Джастін Йікел (Justin D. Yeakel) з Каліфорнійського університету в Санта-Круз (Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of California) спільно з колегами з Бразилії та Німеччини. Досліджували вони безпосередньо трофічні зв'язки між хижаками і травоїдними, спираючись на палеонтологічні матеріали, зібрані в двох місцях – в Центральній Європі (Франції, Бельгії та Німеччини) і на Алясці (околиці Фербанкса).

Скелет большерогий оленя (Megaloceros giganteus). У плейстоцені цей звір поряд з північним і іншими оленями, які і зараз процвітають, був звичайним елементом мамонтових степів, по крайней мере в західній їх частини.Фото © Franco Atirador з сайту www.ecuadorciencia.org

Хижаки були представлені такими видами: шаблезубої кішкою (Homotherium serum), Печерним левом (Panthera spelaea), Бурим ведмедем (Ursus arctos) І вовком (Canis). Набагато рідше зустрічалися: в Європі – гієна (Crocuta crocuta), В Берінгіі – короткомордий ведмідь (Arctodus). Спільнота травоїдних, крім уже згаданих мамонта і північного оленя, включало також яка (Bos mutus), Бізона (Bison spp.), кінь (Equus ferus), Вівцебика (Symbos cavifrons) І сарну (rupicarpa rupicarpa). Вівцебик – тільки в Берінгіі, а сарна – в Європі. Всі інші види – і в Європі і в Берінгіі. У Європі були також широко представлені різні олені: благородний олень (Cervus elaphus), Косуля (Capreolus capreolus) І нині вимерлий ірландський большерогий олень (Megaloceros giganteus). Тільки два види найбільших травоїдних, мамонт і шерстистий носоріг, що не піддавалися нападу хижаків. Вони були захищені своїм розміром. Але їхні трупи були привабливою здобиччю – тому якісь трофічні зв'язки між ними і хижаками простежуються.

Скелет шаблезубої кішки (Homotherium serum). Розміром цей хижак був трохи крупніше леопарда. Висота в холці 1,3 м. Фото: Texas Memorial Museum, University of Texas at Austin, з сайту en.wikipedia.org

Для того щоб скласти собі уявлення про те, хто кого поїдав в співтоваристві тварин, що мешкали мільйони років тому, автори використовували раніше опубліковані дані за змістом в останках тварин стабільних ізотопів вуглецю (13C) і азоту (15N).Якщо співвідношення цих ізотопів встановлено для хижака і його потенційних жертв і відомо фракціонування їх в ході метаболізму, то, спираючись на певну модель, можна кількісно охарактеризувати відносний внесок кожного виду жертв в раціон даного виду хижака. Наступним етапом може стати реконструкція трофічної мережі (тій її частині, що представлена ​​хижаками і травоїдними) для конкретної спільноти в конкретний період часу.

Вихідні матеріали за змістом стабільних ізотопів вуглецю і кисню в тканинах хижаків і жертв були вже зібрані раніше. Це шість незалежних сукупностей даних зі Східної Берінгіі (зараз Аляска) і Західної Європи. Європейські матеріали ставилися до періоду до настання останнього льодовикового максимуму – 44,7-28,7 тис. Років тому (Арденни і Швабська Юра), а також періоду після льодовикового максимуму (Юра, 16,9-14 тис. Років тому; см. карту). Три сукупності даних зі Східної Берінгіі – це проби з трьох різних місць в околицях Фербанкса. Відкладення з них відносяться до часу до LGM (50-27,6 тис. Років тому), під час LGM (27,6-21,4 тис. Років тому) і після LGM (21,4-11,5 тис . років тому).

Розташування плейстоценових мамонтових степів, матеріал з яких використаний в даній роботі. У Європі дві точки (в Бельгії і в Західній Німеччині) відносяться до дольодовикового періоду (pre-glacial), а одна (у Франції) – після льодовикового максимуму (post-glacial). У Берінгіі три різних місця охоплюють передльодовиковій стан, післяльодовиковий і безпосередньо під час заледеніння (LGM). Мал. з обговорюваної статті Yeakel J.D. et al. в Proc. R. Soc. B

Встановивши наявність певного зв'язку між хижаком і жертвою, треба було перейти до кількісної оцінки зв'язку з цим (з'ясувати, яка частка раціону хижака припадає саме на цей вид жертв), ну а потім побудувати схему всіх трофічних взаємовідносин в даному конкретному співтоваристві в даний конкретний період часу. Для цього спиралися на Байєсова модель змішання ізотопів (опис методу див .: Bayesian isotope mixing model (PDF, 4,22 Мб); а також Moore J.W., Semmens B.X. Incorporating uncertainty and prior information into stable isotope mixing models // Ecol. Lett. 2008. V. 11. P. 470-480). Сила зв'язку між хижаком і жертвою пропорційна потокам біомаси від жертви до хижака (потік від всіх жертв до даного хижакові прирівнюється до одиниці).

Підводячи підсумки роботи, автори порівняли частки тих чи інших жертв в раціоні певного хижака в Берінгіі і в Європі.Якщо немає обмежень на склад їжі хижака, то немає і відмінностей між Берінг і Європою (див. Малюнок). До льодовикового максимуму і в Берінгіі, і в Європі були присутні коні, бізони, мамонти і полорогие (в Берінгіі – вівцебик, в Європі – сарна). Після льодовикового максимуму всі ці види за винятком парнокопитних залишилися. У раціоні котячих як в Берінгіі, так і в Європі до льодовикового максимуму тільки невелику частку (7-8%) становили травоїдні, що зустрічалися в обох регіонах. Основна частка припадала на жертв, які жили тільки в тому ж регіоні. Однак після льодовикового максимуму і в Європі, і в Берінгіі їх раціони стали схожі: основу його становив північний олень.

Пропорції вкладу певного виду жертв в раціон хижаків в Берінгіі (по горизонталі) І в Європі (по вертикалі). Якщо вклад в Європі і в Берінгіі однаковий, то точки лягають на діагональ відповідного графіка. Розглянуто дані за трьома групами хижаків: котячі (Felidae), вовк (Canis) І бурий ведмідь (Ursus). верхній ряд – стан до останнього заледеніння, нижній – після заледеніння. дрібні значки на поле кожного графіка (см. збільшене зображення) Відповідають різним травоїдним: + – мамонт, ромб – кінь, × – бізон, трикутник – полорогие, гурток – північний олень. На графіках позначені скупчення точок, відповідні парнокопитних (Caprine bovids), Північного оленя (Rangifer), Бізона (Bison), Коні (Equus). Мал. з обговорюваної статті Yeakel J.D. et al. в Proc. R. Soc. B

Порівняння спільнот Європи і Берінгіі показує, що для Берінгіі характерний більш високий рівень "модулярних", або компартментализации. Тобто в цьому співтоваристві можна виділити якісь компартменти – групи видів, більш тісно пов'язані трофічними відносинами між собою, ніж з іншими видами спільнот. Так, до настання льодовика вовк і бурий ведмідь тісно залежали від одного набору жертв, тоді як короткомордий ведмідь і котячі характеризувалися дуже специфічними, індивідуальними дієтами. Більш високий ступінь модулярних в спільнотах Берінгіі автори пов'язують з географічної ізольованістю даного регіону.

Те, що останній льодовиковий максимум повинен був якось відбитися на спільнотах мамонтових степів в Берінгіі, апріорі було очевидно. Але як показало дане дослідження, деякою перебудові піддалися і спільноти в Європі, на самому краю пояса мамонтових степів.Знаючи те, як відбувалося відновлення цих спільнот, нам легше уявити собі можливі перебудови сучасних екосистем, тим більше що набір ссавців, які і зараз живуть в місцях, де колись були мамонтові степи, – це залишок багатих плейстоценових спільнот. Деякі з цих видів знаходяться під загрозою вимирання.

джерело: Justin D. Yeakel, Paulo R. Guimarães Jr, Hervé Bocherens, Paul L. Koch. The impact of climate change on the structure of Pleistocene food webs across the mammoth steppe // Proc. R. Soc. B. 7 July 2013. V. 280. No. 1762. Doi: 10.1098 / rspb.2013.0239 (published 8 May 2013). (Повний текст – arXiv: 1211.4911v2, PDF, 2,76 Мб.)

Див. також:
Eric Ward. Introduction to (Bayesian). Isotope Mixing Models. (PDF, 4,22 Мб) // Northwest Fisheries Science Center. Seattle WA, USA.

Олексій Гіляров


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: