Subiecte

Abstract

Raportăm o detectare a unei asemănări surprinzătoare în dieta prădătorilor din filurile îndepărtate. Deși este doar o primă privire asupra subiectului, descoperirea noastră contrazice aspectele tradiționale ale biologiei, deoarece primele noțiuni din ecologie au legat cea mai acerbă concurență a resurselor cu relația evolutivă. Susținem că descoperirea noastră merită mai multe cercetări și propunem un plan pentru a dezvălui mai multe informații despre pierderea actuală a biodiversității din întreaga lume. În acest timp, extindem foile de parcurs de conservare propuse recent într-un studiu paralel al rețelelor de interacțiune globală.

Introducere

Darwin a sugerat acum 150 de ani că concurența este cea mai puternică între speciile strâns legate 1,2. În timp ce acest sentiment a rezistat timpului (dar vezi 3.4), a fost provocat de un apel de a spori atenția asupra interacțiunilor dintre speciile filogenetice îndepărtate, de ex. 5. Nicăieri acest apel nu este mai actual decât în ​​contextul interacțiunilor care implică dieta insectelor, împreună cu scăderea actuală a numărului de insecte și a biomasei la nivel mondial. În cazul în care cercetările recente au marcat impactul asupra interacțiunilor mutualiste (de exemplu, polenizarea 6) ca o preocupare specială, știm mai puțin despre efectele asupra interacțiunilor antagoniste, trofice. În această lucrare, oferim dovezi provizorii că prădătorii separați prin diviziuni taxonomice adânci (păsări, lilieci și libelule) intră în aceeași setare de resurse a biomasei insectelor, cu o împărțire pe scară largă a impozitului pe pradă. Aceste descoperiri sugerează că declinul actual al insectelor poate avea o rezonanță largă în arborele vieții și că este urgent nevoie de un efort concertat la nivel global pentru a urmări legăturile trofice de la insecte în ecosisteme.

Harvey și colab. 7 a abordat o întrebare actuală cu privire la pierderea de nevertebrate indusă de om 6, 8,9,10,11. Ei au formulat o foaie de parcurs globală pentru conservarea insectelor și recuperarea plină de speranță a populațiilor de insecte pe cale de dispariție 7. Dorim să recunoaștem prologul menționat anterior și să oferim o perspectivă complementară asupra crizei biodiversității din întreaga planetă. Pe măsură ce insectele scad, insectivorii sunt, de asemenea, în primejdie 12,13,14,15,16. Acest lucru duce la o noțiune că, în loc să ne concentrăm exclusiv pe insecte, ar trebui să studiem simultan interacțiunile dintre insectivori și prada lor 17. Aici vă prezentăm detaliile descoperirii noastre și propunem o nouă foaie de parcurs de generația următoare pentru a descuraja simultan diversitatea comunităților de insecte, prădătorii lor și rețeaua rezultată.

În ultimele câteva decenii, mai multe studii au indicat un declin generalizat în rândul insectelor 7. Acest model a fost propus să se aplice atât abundențelor specifice speciilor, cât și biomasei generale a insectelor și să se extindă în habitate cu niveluri foarte variabile de impact uman 6,7,8,9,10,11, 13,18. Acest lucru este alarmant, având în vedere dominanța insectelor în ceea ce privește diversitatea 19 și biomasa 20 și rolul cheie al insectelor în susținerea proceselor și serviciilor ecosistemice 5.7. Situația polenizatorilor a fost deosebit de îngrijorătoare, având în vedere implicațiile sale potențiale pentru polenizarea plantelor, producția de culturi și chiar compoziția vegetației 6. Dar, în plus, declinul general al insectelor va afecta, de asemenea, multitudinea de organisme care utilizează insecte ca hrană. Recent, s-a sugerat că mulți insectivori ar putea să scadă odată cu prada lor în scădere 15. O reducere universală a resurselor poate provoca atât o scădere a numărului de prădători, cât și schimbarea dinamicii de interacțiune dintre prădătorii care își împart dieta, favorizând de obicei generaliștii 6 .

Pentru a prezice consecințele declinului insectelor prin efecte trofice, trebuie să stabilim cine mănâncă pe cine și în ce cantități. Se știe foarte puțin despre majoritatea interacțiunilor dintre prădători și prada lor, în special, ne lipsesc date despre dieta majorității insectivorilor, deși cel mai probabil formează cea mai mare breslă de prădători 21. Aceasta este o lacună de cunoștințe flagrantă, având în vedere că atât aceste pradă cât și comunitățile insectivore cuprind organismele nevertebrate dominante cantitativ, cele mai bogate în specii și cele mai importante din punct de vedere economic de pe Pământ - cum ar fi Diptera, Lepidoptera, Coleoptera și Himenoptera - și prădătorii vertebratelor, liliecii și păsările 20. Atunci când sunt combinate, interacțiunile dintre prada insectelor și insectivorele pot fi dominante și, în același timp, cel mai grav afectat tip de interacțiune trofică a Holocenului 21 .

Acolo unde s-a investit mult în reluarea interacțiunilor dintre un anumit impozit și o anumită pradă de insecte, susținem că efectele reale ale insectivorului pot fi înțelese doar printr-o examinare filogenetică larg răspândită a insectivorilor majori - și pentru legături între astfel de impozite. Deoarece mai mulți prădători consumă aceeași pradă, cuantificarea importanței relative a fiecăruia în fiecare habitat este vitală pentru înțelegerea funcției nete a insectivorului 17. În acest studiu, oferim prima previzualizare în rețeaua alimentară combinată a mai multor prădători insectivori înrudiți la distanță, discutăm importanța unei astfel de sinteze și oferim o foaie de parcurs pentru cercetările viitoare.

Material si metode

Pentru a dezlega utilizarea partajată a prăzilor de către mai mulți prădători dintr-o regiune, am combinat date din mai multe studii axate pe relațiile insectivore-pradă, așa cum este descris mai jos. Am selectat douăsprezece specii de insectivori din trei bresle pentru a evalua similitudinea dietetică a acestor grupuri înrudite îndepărtate: mușcăpied european Ficedula hypoleuca (Passeriformes, Sylvatidae) (Pallas, 1764) reprezintă păsări, liliac nordic Eptesicus nilssonii (Keyserling și Blasius, 1839), Liliacul lui Brandt M. brandtii (Eversmann, 1845), liliac mustat M. mystacinus (Kuhl, 1817), liliacul lui Daubenton Myotis daubentonii (Kuhl, 1817), și liliacul Brown cu urechi lungi Plecotus auritus (Linnaeus, 1758) (toate speciile aparțin familiei Vespertilionidae) reprezintă lilieci, iar albastrul nordic Enallagma cyathigerum (Charpentier, 1840), vârf de lance bluet Coenagrion hastulatum (Charpentier, 1825), semilună bluet C. lunulatum (Charpentier, 1840), bluet variabil C. pulchellum (Vander Linden, 1825) (Odonata, Coenagrionidae), răspândire comună Leste sponso (Hansemann, 1823) (Lestidae) și darter negru Sympetrum danae (Sulzer, 1776) (Libellulidae) reprezintă prădători aerieni de nevertebrate.

Rezultate

Am identificat în total 924 taxoni de pradă în 12 specii de prădători distincti (vezi Textul suplimentar 3: Rezultate suplimentare, Tabelul S1, Figura S2, Figura S3 și Figura S4). Peste 500 dintre acestea au fost împărțite de cel puțin doi prădători și aproape două sute de cel puțin patru prădători. Două specii (Lepidoptera, Gelechiidae, Psoricoptera gibbosella și Psocodea, Caeciliusidae, Valenzuela flavidus) au fost împărtășite de toate cele trei bresle și încă 64 de cel puțin două bresle. Prădătorii insectivori au folosit în principal ordinele artropode Diptera și Lepidoptera în dieta lor, iar nivelul de suprapunere a crescut către nivelul taxonomic mai ridicat (de la speciile de pradă la ordinele de pradă; Fig. 1). Chironomidele (Diptera) au fost cel mai frecvent grup de pradă pentru toți prădătorii, iar Sciaridae a fost o altă familie de pradă foarte importantă (Fig. 2). La nivelul ordinelor de pradă, Diptera a fost găsită în dieta tuturor prădătorilor cu o proporție de cel puțin 20% dintre apariții, iar Lepidoptera a fost aproape la fel de frecventă (Fig. 1). Curbele de acumulare a speciilor bazate pe numărul de citiri au arătat o adâncime de secvențiere adecvată (Figura S5), dar eșantionarea părea să fi fost oarecum limitată (Figura S6).

globală

Pânze alimentare de douăsprezece specii diferite de prădători insectivori (reprezentând trei bresle diferite) și prada lor. Dietele a trei bresle de prădători: o pasăre, lilieci și libelule sensu lato (inclusiv toți odonații) sunt comparate la trei niveluri de rezoluție taxonomică: specia de pradă (sus), familia de pradă (mijloc) și ordinea de pradă). Imaginile din rândul superior reprezintă prădători în fiecare rețea și blocurile din rândul inferior speciile de pradă. Prada este colorată prin ordine taxonomică, așa cum este ilustrat în legenda de sub web. O linie care conectează un prădător cu o pradă reprezintă o înregistrare de prădare detectată de instrumentele moleculare, iar grosimea liniei reprezintă proporția relativă a fiecărei înregistrări de prădare. Pentru fiecare prădător, interacțiunile de pradă care corespund cel puțin 20% din dieta totală sunt evidențiate ca turcoaz. Pentru detalii despre metode și date originale, inclusiv lista completă a speciilor de pradă, consultați Textul suplimentar 3: Rezultate suplimentare. Credite foto: Maija Laaksonen (desene cu lilieci), Kari Kaunisto (poze cu păsări și libelule).

Utilizarea pradă la nivel de familie. Sunt prezentate frecvențele celor mai comune cinci familii (DIPTERA: Chironomidae, Sciaridae, Culicidae; HYMENOPTERA: Ichneumonidae; și LEPIDOPTERA: Noctuidae) și ale altor familii combinate în dieta fiecărui grup de prădători. Chironomidele sunt cel mai mare grup de pradă pentru toți prădătorii insectivori.

Ca o foaie de parcurs pentru evaluarea prădătorilor insectivori și a prăzilor lor la nivel global, am construit un cadru pentru studii viitoare (Fig. 3). Aceasta include disecția dietei pentru fiecare prădător (Fig. 3a), cuantificarea prăzii disponibile în fiecare habitat (Fig. 3b), combinarea tuturor datelor menționate anterior cu estimări ale dimensiunii populației de prădători pentru a termina cu rezumate ale presiunii de prădare (Fig. 3a). 3a). 3c). În cele din urmă, putem construi o sinteză globală a efectelor nete de interacțiune insectivor-pradă (Fig. 3d).

Discuţie

În era actuală a defaunării 32, multe organisme scad rapid 12,15,16,33,34,35,36,37 și, în special, insectele suferă foarte mult 6,8,9,10,13,18,38,39 . Acest lucru este alarmant, deoarece știm foarte puțin despre interacțiunile fundamentale dintre majoritatea speciilor. Cu lucrarea actuală, oferim primele dovezi ale unui meniu comun de prădători înrudiți la distanță, numitorul comun fiind plasarea lor în breasla insectivorilor (Fig. 1, 2). În timp ce raportăm constatările noastre, propunem, de asemenea, o foaie de parcurs pentru utilizarea celor mai noi tehnici de generație următoare pentru a dezlega modelele globale ale insectivorilor (Fig. 3). Toate instrumentele pentru îndeplinirea acestei sarcini sunt deja disponibile și utilizate și pot fi combinate cu protocoale analitice pentru a construi o sinteză nouă, așa cum este subliniat în Fig. 3.

Folosind instrumente moleculare de ultimă generație pentru detectarea legăturilor trofice, raportăm aici o constatare cheie: taxoni prădători, separați până la nivelul filumului, împărtășesc o proporție majoră din taxonii lor de pradă. Această perspectivă contrazice înțelepciunea tradițională 1, deoarece implică faptul că prădătorii din diferite ramuri ale Arborelui Vieții pot interacționa cu aceeași pradă și, astfel, fie direct, fie indirect, între ei. Acest lucru necesită o nouă abordare a biologiei trofice: mai degrabă decât să ne concentrăm exclusiv pe prădători individuali, ordine de prădători sau chiar clase, trebuie să reluăm interacțiunile centrate pe pradă similară în întregul ecosistem (Fig. 1). Doar acolo putem înțelege repercusiunile la nivel comunitar ale unei modificări a biomasei insectelor și a compoziției comunității.

Ca exemplu de rezultate potențiale ale schimbărilor climatice, alegem un grup central de pradă, mușchi care nu mușcă (Fig. 2), care sunt utilizate pe scară largă ca bioindicatori ai calității apei 40,41. Larvele chironomide acvatice se caracterizează prin apariția de masă sincronă, iar dezvoltarea lor este o funcție a temperaturii 42. Astfel, este posibil să se prevadă un scenariu viitor, în care chironomidele fie s-ar diminua (datorită poluării apei dulci), fie fenologia lor de apariție în masă s-ar schimba (datorită încălzirii globale). Ar trebui să ne întrebăm; ce fel de efecte ar putea apărea în consecința menționată mai sus? Pe de o parte, populațiile de insectivore, în funcție de resursa pierdută, ar suferi și se vor prăbuși 6. Acest lucru, pe de altă parte, ar putea duce la o creștere semnificativă a insectelor dăunătoare dăunătoare, profitând de o scădere a presiunii de prădare 21 .

Concluzii

În concluzie, am demonstrat că insectivorele distincte din punct de vedere filogenetic pot avea o proporție majoră din dieta lor. Având în vedere importanța ecologică și economică a insectivorilor la nivel global, acest subiect merită atenția oamenilor de știință din întreaga lume. Pentru a ajuta în această căutare, am planificat o foaie de parcurs pentru cercetătorii de diferite subiecte. În scenariul nostru ideal, organismele studiate nici măcar nu sunt capturate sau întâlnite, dar în schimb, un set de urme (fecale, păr etc.) sunt examinate și utilizate pentru analize detaliate. Acum este timpul să punem la încercare aceste metode moderne printr-o disecție simultană a interacțiunilor dintre pradă artropodelor și mai multe bresle de prădători din întreaga lume (Fig. 1). Urmând foaia de parcurs prezentată mai sus (Fig. 3), vom ajunge la o nouă perspectivă asupra ecologiei insectivorilor, a modului în care prădătorii se împletesc prin pradă comună și în ce măsură populațiile în scădere atât ale prădătorilor, cât și ale prăzii ar putea modifica aceste interacțiuni. . Fără informații cantitative de înaltă calitate, este dificil și poate imposibil să se estimeze consecințele declinului actual al insectelor asupra ecosistemului din întreaga lume.

Disponibilitatea datelor

Datele pentru acest manuscris au fost deja publicate pentru liliecii 23, 24 și libelule 25, 26. Lista speciilor de pradă de păsări este furnizată în materialul suplimentar online, iar datele secvenței vor fi publicate ulterior într-un alt articol.