Menschen stören ein Schlüsselmerkmal von 66 Millionen Jahre alten Ökosystemen – „nie zuvor“

Abbildung zeigt pflanzenfressende Säugetiere (grün), Fleischfresser (lila), Reflektoren (gelb) und Fleischfresser (rot). Jede Spalte enthält Säugetierarten, die in den letzten 2,58 Millionen Jahren verloren gegangen sind (heller Schatten); solche, die voraussichtlich in naher Zukunft verloren gehen (mittlerer Schatten, Aussterbewahrscheinlichkeit >50%); und solche, die wahrscheinlich bestehen bleiben (dunkle Schattierung, Aussterbewahrscheinlichkeit < 20 %). Das durch Menschen verursachte Aussterben der größten Pflanzenfresser und Fleischfresser stört, was ein Schlüsselmerkmal vergangener und gegenwärtiger Ökosysteme zu sein scheint, heißt es in einer neuen Studie der University of Nebraska-Lincoln und von Institutionen auf vier Kontinenten. Bildnachweis: Julius Csotonyi/Ökologie und natürliche Evolution

Die Beziehung zwischen Nahrung und Größe wurde in der Tiefe der Zeit über mehrere Wirbeltiergruppen hinweg gefunden.

Laut einer neuen Studie könnte die U-förmige Assoziation zwischen Ernährung und Größe bei modernen Landsäugetieren auch „global“ sein, wobei die Beziehung mindestens 66 Millionen Jahre und eine Reihe von Wirbeltiergruppen umfasst.

Es ist mehrere Jahrzehnte her, seit Ökologen erkannten, dass ein Diagramm der Ernährungsgrößenbeziehung von Landsäugetieren eine U-förmige Kurve erzeugt, wenn diese Säugetiere auf einem Pflanze-zu-Protein-Gradienten ausgerichtet sind. Wie aus dieser Kurve ersichtlich ist, neigen die Pflanzenfresser ganz links und die Fleischfresser ganz rechts dazu, viel größer zu werden als die Pflanzenfresser und Wirbellosen, die sich in der Mitte ernähren.

Bisher hat jedoch fast keine Forschung nach einem Muster jenseits von Säugetieren oder der Neuzeit gesucht. In einer neuen Studie kommen Forscher der University of Nebraska-Lincoln und Institutionen auf vier Kontinenten zu dem Schluss, dass das Muster tatsächlich aus der Antike stammt und für Landvögel, Reptilien und sogar Salzwasserfische gilt.

Die Studie stellt jedoch auch fest, dass das vom Menschen verursachte Aussterben der größten Pflanzenfresser und Fleischfresser Störungen in scheinbar wesentlichen Bestandteilen vergangener und gegenwärtiger Ökosysteme mit möglicherweise unvorhersehbaren Auswirkungen verursacht.

„Wir sind nicht sicher, was passieren wird, weil dies vorher noch nie passiert ist“, sagte Will Gerty, ein Postdoktorand aus Nebraska und Co-Autor der Studie, die am 21. April in der Zeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlicht wurde. „Aber da sich die Systeme schon sehr lange in einem sehr stabilen Zustand befinden, kommt es darauf an, was passieren könnte, wenn sie diesen Zustand verlassen.“

Größe größer, Größe kleiner

Gertie sagte, die evolutionäre und ökologische Geschichte von Tierarten könne teilweise durch die ineinandergreifenden Einflüsse von Ernährung und Größe erzählt werden. Die Ernährung einer Art bestimmt ihren Energieverbrauch, der wiederum das Wachstum antreibt und letztendlich dazu beiträgt, ihre Größe zu bestimmen. Diese Größe kann jedoch auch die Qualität und Quantität der einer Art zur Verfügung stehenden Nahrung einschränken, selbst wenn sie Schwellenwerte für die zum Überleben benötigte Qualität und Quantität setzt.

„Du kannst so groß sein, wie es dein Essen zulässt“, sagte Gerty. „Gleichzeitig sind sie oft ungefähr so ​​​​groß, wie Sie Ihre Nahrung aufnehmen und verarbeiten müssen. Da gibt es also eine evolutionäre Wechselwirkung.“

Abbildung zeigt die U-förmige Beziehung zwischen Ernährung und Größe (oder Masse in Kilogramm) bei Landsäugetieren. Die grauen Teile der Balken stellen Arten dar, die derzeit vom Aussterben bedroht sind, während die weißen Teile Arten darstellen, die bereits ausgestorben sind. Bildnachweis: Ökologie und Evolution / Springer Nature

Da die vegetarische Ernährung von Pflanzenfressern relativ nährstoffarm ist, werden sie oft riesig, um mehr Boden für mehr Nahrung zu bedecken – und um den langen, komplexen Verdauungstrakt unterzubringen, aus dem sie ein Maximum an Nährstoffen extrahieren. In der Zwischenzeit müssen Fleischfresser groß genug werden, um mit diesen Pflanzenfressern Schritt zu halten und sie zu eliminieren. Obwohl Fleischfresser am Buffet normalerweise satt bleiben, konzentrieren sie sich aufgrund ihres hohen Energiebedarfs im Allgemeinen auf Nüsse, Insekten und andere kleine, energiereiche Lebensmittel. Und während Reflektoren hauptsächlich proteinreiche Beute haben, verbannt die winzige Natur dieser Beute, kombiniert mit der intensiven Konkurrenz durch viele andere Reflektoren, sie zu den Kleinsten von allen.

Das Endergebnis: eine U-förmige Verteilung der durchschnittlichen und maximalen Körpergröße bei Säugetieren. Um die Verallgemeinerbarkeit dieses Musters in der Neuzeit zu analysieren, stellte das Team Daten zur Körpergröße einer großen Anzahl überlebender Arten zusammen: 5.033 Säugetiere, 8.991 Vögel, 7.356 Reptilien und 2.795 Fische.

Obwohl dieses Muster bei Meeressäugern und Seevögeln fehlte, möglicherweise aufgrund der besonderen Anforderungen des Lebens im Wasser, trat es bei anderen Wirbeltiergruppen – Reptilien, Salzwasserfischen und Landvögeln – auf, die das Team untersuchte. Bei der Analyse von Landsäugetieren, Wildvögeln und Salzwasserfischen durchquerte dieses Muster sogar verschiedene Biome – Wälder vs. Grasland vs. Wüsten zum Beispiel oder den tropischen Atlantik vs. den gemäßigten Nordpazifik.

„Zu zeigen, dass dies in all diesen verschiedenen Gruppen vorhanden ist, legt nahe, dass es etwas Grundlegendes ist, wie Wirbeltiere Energie gewinnen, wie sie miteinander interagieren und wie sie koexistieren“, sagte Co-Autorin Kate Lyons, Assistenzprofessorin für Biologie Wissenschaften in Nebraska. . „Ob das notwendig ist, wissen wir nicht – vielleicht gibt es andere Möglichkeiten, Wirbeltiergemeinschaften in Bezug auf Körpergröße und Ernährung zu organisieren –, aber es ist auf jeden Fall ausreichend.“

Die Forscher interessierten sich aber auch dafür, wie lange die U-Kurve dauern könnte, und analysierten daher Fossilien von 5.427 Säugetierarten, die zum Teil aus der Frühzeit stammen. kalkhaltig Ein Zeitraum von vor 145 Millionen bis 100 Millionen Jahren. Lyons und Kollegen sammelten die fossilen Daten ursprünglich als Teil einer 2018 Studie zum Aussterben großer Säugetiere in den Händen der Menschen und ihrer neuen Vorfahren.

„Meines Wissens nach ist dies die umfassendste Untersuchung der Entwicklung der Körpergröße und insbesondere der Ernährung bei Säugetieren im Laufe der Zeit“, sagte Gertie.

Es zeigte sich, dass die U-Kurve mindestens 66 Millionen Jahre zurückreicht, als die Nicht-Vogel-Dinosaurier gerade ausgerottet worden waren, aber dass sich die Säugetiere noch nicht in die dominante Tierklasse diversifiziert hatten, die sie heute sind.

Gertie sagte: „Es ist wirklich interessant und wirklich überraschend zu sehen, dass diese Beziehung auch dann fortbesteht, wenn man andere dominante Tiere hat.

„Wir vermuten, dass es tatsächlich existiert, seit Säugetiere als Gruppe entstanden sind.“

Die Gestalt der kommenden Dinge

Nachdem sie die gegenwärtige und vergangene U-Kurve indiziert hatten, wandten sich Gertie, Lyons und ihre Kollegen ihrer möglichen Zukunft oder ihrem Fehlen zu. Die durchschnittliche Größe von Pflanzenfressern und Fleischfressern hat sich seit der Entstehung des Neandertalers fast um das 100-fache verringert vernünftiger Mann In den letzten Hunderttausenden von Jahren, so berichtet das Team, ist die Größe der Fleischfresser im gleichen Zeitraum etwa zehnmal zurückgegangen. Infolgedessen begann sich die langjährige U-Kurve merklich abzuflachen, sagte Gertie.

In diesem Zusammenhang prognostizierte das Team eine Wahrscheinlichkeit von über 50 %, dass viele große und mittelgroße Säugetiere – darunter der Java-Tiger und das Nashorn, die beide den Menschen als ihre einzigen Raubtiere betrachten – innerhalb der nächsten 200 Jahre aussterben werden . Diese prognostizierten Aussterben würden die Störung der U-Kurve nur verschlimmern, sagten die Forscher, insbesondere in dem Maße, in dem der Verlust großer Pflanzenfresser den Verlust großer Fleischfresser, die sich von ihnen ernähren, zur Folge haben oder beschleunigen könnte.

„Es ist sicherlich möglich, dass wir, wenn wir einige dieser Tiere von der Spitze (der U-Kurve) nehmen und einige dieser Körpergrößenbereiche nach unten ziehen, die Art und Weise ändern, wie die Energie aufgeteilt wird“, sagte sie. „Dies kann grundlegende Auswirkungen auf die Umwelt und das Ökosystem insgesamt haben.“

Es ist auch möglich, schlussfolgern die Forscher, dass der bevorstehende Rückgang der Körpergröße von Säugetieren sogar den beispiellosen Rückgang übertreffen wird, der in den letzten Hunderttausenden von Jahren beobachtet wurde.

„In der Umweltliteratur wird immer noch darüber spekuliert, dass Ökosysteme jetzt weniger stabil, weniger widerstandsfähig und anfälliger für Zusammenbrüche sind“, sagte Lyons. „Ich denke, dies ist nur ein weiterer Beweis dafür, dass dies in Zukunft tatsächlich der Fall sein könnte.“

Referenz: „Anthrogene Störungen von Langzeitmustern der Nahrungsgrößenstruktur bei Wirbeltieren“ von Rob Cook, William Gerty, Abby S. Chapman, Gillian Dunnick, Graham J. . Stuart-Smith, S. Kathleen Lyons und Amanda E. Bates, 21. April 2022, hier verfügbar. Umwelt und Evolution der Natur.
DOI: 10.1038 / s41559-022-01726-x

Gertie und Lyons haben die Studie zusammen mit Robert Cook vom Zentrum für Umwelt und Hydrologie des Vereinigten Königreichs verfasst. Amanda Bates von der Victoria University (Kanada). Abby Chapman vom University College London; Gillian Donek von der Simon Fraser University (Kanada); Graham Edgar und Rick Stewart Smith von der University of Tasmania (Australien); Jonathan Levchek vom Smithsonian Center for Environmental Research; Craig MacLean von der Louisiana Maritime Universities Association; und Gil Riloff von Israel Hydrobiology and Oceanography Research.