Abstract

fundal

În Illinois și în toată regiunea Midwestern a Statelor Unite, vidra de râu (Lontra canadensis) programele de reintroducere au condus la creșterea recentă a numărului de vidre de râu și la distribuția geografică a acestora [1, 2]. În regiunile în care vidrele au fost prezente pentru perioade mai lungi de timp [3-5], dieta speciei variază considerabil în funcție de regiunea geografică. Cu toate acestea, se știe puțin despre modul în care această dietă variază în regiunile în care vidrele au fost recent reintroduse. Mai mult, informațiile despre diete au fost obținute în general prin examinarea conținutului intestinal sau fecal, care se bazează în principal pe identificarea țesuturilor dure sau osoase. Aceste metode subestimează contribuția produselor alimentare fără astfel de țesuturi dure, cum ar fi moluștele și larvele de insecte [6, 7]. În regiunile în care speciile de pradă pot fi puse în pericol, agențiile de gestionare a faunei sălbatice trebuie să înțeleagă mai bine impactul potențial al prădării vidrei asupra acestor specii pentru a le proteja mai bine.

Pentru a compensa limitările metodelor anterioare, dieta poate fi dedusă și din analiza acizilor grași. De exemplu, analiza cantitativă a semnăturii acizilor grași (QFASA [8]) este o tehnică capabilă să ofere o rezoluție ridicată în diferențierea speciilor de diete. Spre deosebire de analizele de conținut fecal și intestinal, acizii grași tisulari (FA) reflectă dieta pe o perioadă mai lungă de timp, iar profilul FA al unui prădător este o reprezentare proporțională a prăzii sale. QFASA a fost utilizat pentru a determina dieta mamiferelor marine, inclusiv cetaceele [9-11] și speciile de pinipede [8, 12, 13] și se bazează pe: (1) capacitatea variabilă de a metaboliza și stoca FA în funcție de lungimea lanțului și saturație și (2) concentrația de FA neobișnuită în lanțul alimentar. Experimentele cu foci de port în Prince William Sound, Alaska au demonstrat că QFASA a fost capabil să determine speciile de pești specifici în dieta focilor și să reflecte diferențele în alimentație cu vârsta și habitatul la scară mică [13]. Deoarece diferitele FA pot fi metabolizate diferit, este posibil ca profilul FA al dietei prădătorului să nu se potrivească cu profilul FA al prădătorului însuși. Cu toate acestea, studiile experimentale indică faptul că QFASA are o rată ridicată (88%) de inferire corectă a dietelor atunci când dietele erau cunoscute [14].

Obiectivul nostru principal în această lucrare a fost de a determina cât de bine ar putea fi utilizate diferențele în semnăturile acizilor grași pentru a identifica diferite grupuri taxonomice între speciile de pradă pe care se știe sau le presupune că le consumă vidrele de râu. Am emis ipoteza că diferențele în profilurile de acizi grași ar permite identificarea unor grupuri taxonomice mari (pești, raci, amfibieni și moluște) și, eventual, distincții taxonomice la nivel inferior ale animalelor consumate de vidre. Demonstrăm că diferiții taxoni considerați au profiluri FA semnificativ diferite și furnizăm dieta de vidră, după cum se deduce prin QFASA.

Metode

Specii și țesuturi analizate

Toate animalele incluse în această analiză provin din Illinois, SUA. Departamentul de resurse naturale din Illinois ne-a furnizat vidre de râu obținute din decese accidentale, inclusiv ucideri rutiere și capturi neintenționate. Carcasele de vidră au fost depozitate congelate până la transportul la laboratorul nostru. Toate carcasele de vidră au fost adunate între 21 octombrie și 15 martie, 12 (26%) obținute în toamnă (octombrie, noiembrie), 26 (57%) în timpul iernii (decembrie-februarie) și 8 (17%) în primăvara (mar). Mai multe detalii despre vidrele eșantionate sunt disponibile în Carpenter și colab. [15]. Probele de raci au fost colectate februarie-martie, iar probele de pești, amfibieni și moluște între februarie-mai.

Țesutul adipos de vidră de râu a fost disecat din două depozite: adipos subcutanat dorsal din partea ventrală a bazei cozii, la aproximativ 5 cm în spatele anusului (n = 46), și de la plăcuțele piciorului din față (n = 19). Lipidele au fost extrase separat de fiecare dintre cele două depozite adipoase. Un număr mai mic de eșantioane au fost analizate din tampoane, deoarece acestea au fost destinate doar pentru a verifica ipoteza că acest depozit ar fi adaptat la rece, așa cum sugerează Käkelä și Hyvärinen [16].

Specii care au fost potențiale pradă pentru vidre, inclusiv 15 specii de pești, 5 specii de moluște, 3 specii de amfibieni și 2 specii de raci (Tabelul 1) au fost obținute oportunist de la colegii de la Illinois Natural History Survey, împreună cu agendele lor individuale de cercetare. Pentru toate speciile de pradă, pentru extracția lipidelor s-a utilizat omogenizarea întregului exemplar, cu excepția cojilor pentru moluște.

Cromatografie gaz-lichid

Analiza componentelor principale

Analiza componentelor principale (PCA) este o metodă analitică care comprimă mai multe variabile într-un număr mai tratabil de variabile liniar necorelate, maximizând simultan cantitatea de varianță explicată de noul set de variabile comprimat și cu dimensiuni mai mici.

Profilul FA al fiecărui animal individual a fost format din 60 de FA diferite. Proporția fiecărei FA individuale a fost tratată ca o variabilă, iar PCA a fost efectuată pe vidre și pradă. S-a efectuat o analiză a depozitelor adipose de vidră pentru a determina dacă profilurile de acizi grași au fost diferite pentru adiposul subcutanat și cel pentru picioare. PCA individuale au fost, de asemenea, efectuate pe toate probele din cadrul fiecărui grup taxonomic (raci, broaște, pești și moluște) și pe specii dintr-un anumit grup taxonomic pentru a determina dacă PCA ar putea fi utilizat pentru a identifica speciile individuale pe baza profilurilor lor de acizi grași. Toate analizele au fost efectuate folosind biblioteca FactoMineR pentru R (descrisă în [21]).

Pentru fiecare PCA, am efectuat o analiză a varianței (ANOVA) pe primele componente principale pentru a determina diferențe semnificative ale contribuțiilor medii la fiecare componentă. Pentru APC, inclusiv toate eșantioanele, factorii au fost marile diviziuni taxonomice (vidra, moluște, pești, raci, broască). Pentru APC din fiecare subdiviziune, factorii au fost specii individuale, iar pentru APC numai pe vidra adipos, factorii au fost cele două depozite - coadă și picioare. p valorile pentru toate ANOVA au fost corectate folosind Diferențele semnificative oneste ale lui Tukey.

Inferența dietei - analiza cantitativă a semnăturii acizilor grași

Am estimat contribuția fiecărui grup taxonomic la dieta de vidre folosind metoda cantitativă de analiză a semnăturii acizilor grași descrisă în Iverson și colab. [8]. Mijloacele și erorile standard pentru fiecare proporție se bazează pe 500 de probe bootstrap.

rezultate si discutii

Atât la vidre, cât și la potențialele lor specii de pradă, inclusiv pești, broaște, raci și moluște, 16: 0, 16: 1, 18: 0 și 18: 1 au fost FA predominante (Figura 1). Acest lucru nu este surprinzător, deoarece acești patru acizi grași predomină la majoritatea animalelor [22]. În toate eșantioanele, aceste patru FA au cuprins o medie de 55,9% (± 9,2% sd) din FA totală. Cu toate acestea, în cadrul acestor patru FA, moluștele și raci au diferit de animalele vertebrate. Moluștele au avut proporții mai mari de 16: 0 și 16: 1, în timp ce taxonii vertebratelor au avut proporții mai mari de 18: 0 și 18: 1. Racii au proporții aproximativ egale de 16 și 18 de carbon FA. Aceste patru FA au fost importante în APC datorită predominanței lor la majoritatea speciilor. Cu toate acestea, restul FA au fost deosebit de importante pentru identificarea variației specifice taxonului. De exemplu, variații considerabile sunt evidente în FA cu lanț lung, în special FA cu 20 de carbon (20: 0 - 20: 5n3). Peștii, moluștele și speciile de raci au prezentat proporții mai mari de omega-3 FA (20: 5n3) decât broaștele sau vidrele; speciile de moluște, pești și broaște au avut proporții mai mari de omega-6 (20: 4n6) decât vidrele sau raci. FA cu lanț mai lung (22-C și mai mult) au fost în proporții scăzute la toți taxoni, cu excepția peștilor și a moluștelor. Un rezumat al semnăturilor acizilor grași pentru toate speciile este furnizat în Tabelul 2.

acizilor

Distribuții de acizi grași în cinci grupuri taxonomice din Illinois, SUA. Liniile reprezintă profiluri de acizi grași și nu sunt cromatograme. Distribuția acizilor grași în vidrele râului Illinois (coadă: n = 46; tampon: n = 19), și 2 specii de raci (n = 14), 3 specii de broașten = 12), 14 specii de peștin = 56), și 5 specii de molușten = 37). Fiecare linie indică valoarea medie pentru toți indivizii unei specii date. Axa y reprezintă procentul de machiaj în masă. Toți acizii grași au fost repartizați la unul dintre cele 60 de grupuri posibile. Cele pe care am putut să le identificăm din standardul nostru sunt etichetate ca ticuri în fiecare grafic și cu identitatea lor prezentată de-a lungul axei x.

Analiza componentelor principale

Specii de pradă după grupul taxonomic

Semnătura de 60 de dimensiuni FA a tuturor speciilor de pradă proiectate pe primele 2 componente principale (Figura 2) oferă o interpretare vizuală rapidă a similitudinii generale între semnăturile acizilor grași, deoarece mai multe profiluri similare vor fi proiectate mai strâns împreună. Primul PC reprezintă 14,9% din variația totală a FA în toate speciile de pradă potențiale și separă moluștele de grupurile taxonomice rămase (ANOVA: p Figura 2

Analiza principalelor componente ale acidului gras în patru grupuri taxonomice majore care sunt specii potențiale de pradă pentru vidrele râului Illinois. Fiecare punct de date reprezintă principalele componente ale 60 FA dintr-un animal individual, reprezentând împreună 27,8% din varianța în FA. Există variații considerabile între indivizi, dar grupurile taxonomice (identificate prin culoare) formează grupuri identificabile pe complot, astfel încât speciile de moluște, pești și broaște să poată fi distinse între ele. Racii ocupă spațiul dintre broaște și pești.

Al doilea PC reprezintă 12,9% din variația totală și separă speciile de pești de broaște și raci (ambele p Figura 3

Analiza principalelor componente ale acizilor grași la cinci specii de moluște din Illinois. Datele de la 60 de acizi grași unici au fost proiectate asupra primelor două componente principale (reprezentând împreună 40,6% din varianța totală a profilurilor lor de acizi grași). Scoici asiatice (Corbicula fluminea, o specie invazivă) și porumbelul rotundSintaxia pleurobema) formează grupuri, în timp ce cele trei creste (Emblema plicata), Porumbul Wabash (Fusconaia flava) și găleată grasă (Lampsilis siliquoidea), au profiluri de acizi grași care formează grupuri mai puțin distincte, cu unele suprapuneri între indivizi.

Al doilea PC reprezintă 18,5% din variația totală a moluștelor și separă porcul rotund (Sintaxia pleurobema) atât din găleată grasă, cât și din porumbelul Wabash (Fusconaia flava; ambii p PC-ul (nu este afișat) separă porcul Wabash de găleată grasă (p = 0,004). Primii 5 PC-uri nu au reușit să separe cele trei creste (Emblema plicata) fie din porumbelul rotund, fie din porumbelul Wabash (toate p > 0,05).

Alte diviziuni taxonomice au avut rezultate similare. Cele două specii de raci au diferit prin contribuțiile lor medii la al treilea PC (p = 0,011). Dintre broaște, ambele Acris și Pseudacris diferit de Litobiți de-a lungul primului PC (p = 0,003 și respectiv 0,010), și unul de la altul de-a lungul celui de-al cincilea PCp PC-ul singur reprezintă 33,7% din varianța totală și există deja o separare considerabilă (p Figura 4

Analiza principalelor componente ale acizilor grași din vidrele râului Illinois. Datele de la 60 de acizi grași unici au fost proiectate asupra primelor două componente principale (reprezentând împreună 27,8% din varianța totală a profilurilor de acizi grași de vidră). Fiecare punct de date reprezintă o probă de țesut de la un singur animal. Depozitele pentru picioare și coadă au profiluri în mare parte distincte de acizi grași, deoarece există o suprapunere foarte mică între cele două grupuri.

Vidra și prada potențială combinate

Adăugarea datelor de vidră la PCA a potențialelor sale specii de pradă (Figura 5) indică faptul că vidrele au semnături de acizi grași care sunt cele mai asemănătoare cu speciile de pești. La fel ca peștii și broaștele, proporțiile lanțurilor de 18 carbon sunt mai mari decât cele ale lanțurilor de 16 carbon. În mod similar, la fel ca peștii și, spre deosebire de broaște, vidrele prezintă proporții mai mari ale FA cu lanț lung (în special 24: 0) decât ceilalți taxoni.

Analiza componentelor principale a 60 de acizi grași din vidrele râului Illinois ( Lontra canadensis ) și mai multe dintre speciile sale de pradă candidate. Dintre speciile de pradă candidate considerate aici, semnăturile acidului gras de vidră de râu sunt cele mai asemănătoare cu cele ale speciilor de pești, după cum se indică prin apropierea lor în grafic. Acest lucru sugerează că peștii sunt componenta predominantă a dietei de vidră, deși este necesară o mai bună înțelegere a modului în care vidrele de râu metabolizează acizi grași diferiți pentru o inferență mai completă a rezultatelor PCA pentru dietă.

Estimarea dietei de vidră

Proporțiile fiecărui taxon au fost estimate la 37,7 ± 1,0% (SE) pești, 32,0 ± 0,8% moluște, 27,3 ± 4,3% amfibieni și 3,0 ± 0,6% raci în masă.

Discuţie

Pe parcursul rezultatelor de mai sus, am raportat diferențe numai pentru acele FA pe care le-am putut identifica din standard. Cu toate acestea, au existat și variații în FA neidentificată, dar din moment ce FA nu au fost identificate, am omis aceste informații.

Concluzie

Demonstrăm că există diferențe specifice taxonului în semnăturile acizilor grași care permit identificarea unică a grupurilor taxonomice (Figura 2). În studiile anterioare, QFASA a reușit în mare măsură să deducă dietele la mamiferele marine. Un studiu asupra focilor portului a dedus chiar locația geografică în care a avut loc prădarea și dimensiunea medie a peștilor pradați pe baza semnăturilor FA unice [13]. Cu toate acestea, s-a raportat că vidrele de râu prădează o varietate mai mare de specii, incluzând, cel mai frecvent, o mare varietate de specii de pești, raci și broaște, dar s-a raportat că mănâncă și alte reptile și amfibieni - inclusiv șerpi, salamandre, și broaște țestoase - moluște, insecte și larve de insecte și, ocazional, păsări și alte mamifere. Diversitatea mai mare a speciilor de pradă are ca rezultat o probabilitate mai mare ca speciile de pradă să aibă semnături FA suprapuse (nu identificabile în mod unic), ceea ce face mai dificilă deducerea corectă a dietei.

Rezultatele din această lucrare sugerează că diferențele taxonomice la scară largă (adică contribuțiile relative ale peștilor, raci, broaște sau moluște) în dieta de vidră de râu au profiluri FA semnificativ diferite, iar estimările QFASA au în mod similar erori standard mici. Multe diferențe la scară mai fină, cum ar fi speciile individuale, pot fi, de asemenea, discernibile cu eșantioane suficient de mari, deși analizele PCA indică faptul că nu toate speciile vor fi discernibile doar din semnăturile FA. Analizele au indicat care specii ar putea avea cele mai multe semnături similare, cum ar fi speciile de moluște, cele trei creastă, porumbelul rotund și porumbelul Wabash, niciuna dintre acestea nu a avut semnături semnificativ diferite de-a lungul oricăruia dintre primele cinci PC-uri.

Rezultatele acestui studiu oferă o deducție inițială a dietei de vidră. Această deducție este limitată, iar o deducție mai precisă a dietei necesită cunoașterea modului în care vidrele metabolizează diferite FA. Cu toate acestea, studii experimentale cu dietă controlată au demonstrat că QFASA are o rată ridicată de deducere exactă a dietei [14], deși această precizie se poate diminua odată cu complexitatea dietei. Deși se poate obține o inferență mai precisă prin studierea metabolismului grăsimilor, astfel de studii sunt costisitoare, iar pentru multe specii, cum ar fi vidrele și multe specii marine, capturarea și reținerea animalelor pentru a efectua studiile este adesea dificilă sau imposibilă. Astfel, deși inferența este limitată, aceste limitări sunt contrabalansate de ușurința relativă și costul mai mic al metodelor descrise aici. Mai mult, este important să recunoaștem că, moluștele, care au fost în general absente din studiile anterioare privind dieta de vidră, probabil pentru că rămășițele nu apar în probele fecale, au fost estimate aici pentru a constitui până la 32% din dieta de vidră din Illinois. În regiunile în care speciile de moluște sunt pe cale de dispariție, aceste descoperiri au implicații importante pentru gestionarea faunei sălbatice.

Acest studiu nu a analizat toate impozitele pe prada candidaților. În special, nu am analizat profilurile de insecte, mamifere sau acizi grași aviari, ci ne-am concentrat pe acele specii cel mai frecvent raportate în dieta de vidră de râu. Rezultatele de aici trebuie, prin urmare, să fie considerate limitele superioare ale proporției fiecărui taxon din dieta de vidră de râu din Illinois. Mai mult, este probabil să existe unele variații sezoniere în dieta de vidră și niciunul dintre exemplarele noastre de vidră nu a fost obținut în lunile de vară (iunie-august).