Здоровым экосистемам нужны хищники, а не просто больше видов

Фото из открытых источников

Экологи давно знают, что биоразнообразие имеет значение, но точно измерить, как видовое разнообразие влияет на функционирование экосистем, оказалось гораздо более сложной задачей. В недавнем исследовании ученые проанализировали более 300 пищевых цепей по всему миру. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Результаты показали, что экосистемы с большим видовым разнообразием передают гораздо больше энергии по своим пищевым цепям. Значительная часть этой активности обусловлена действиями хищников, роль которых выходит далеко за рамки охоты. Хищники выполняют такие функции, как борьба с вредителями, регулирование климата и поддержание стабильности экосистемы. 

Работу возглавил Эндрю Д. Барнс из Университета Вайкато в Новой Зеландии, а исследователи из более чем 20 учреждений объединили свои данные. Вместе они составили 318 подробных карт, показывающих, кто кого ест. Карты были составлены на основе данных об океанах, озерах, реках и почвах по всему миру.

Вместо того чтобы просто подсчитывать виды и на этом останавливаться, команда измерила поток энергии — количество энергии, передаваемой от одной группы организмов к другой в процессе питания. Они использовали это как индикатор двух основных функций экосистемы: поедания растений травоядными животными и охоты на добычу хищниками.

Одна закономерность характерна для всех экосистем и всех уровней пищевой цепи. По мере увеличения числа видов возрастал и общий поток энергии в системе, и скачок в хищничестве был резким. В самых богатых пищевых сетях хищникам передавалось в 70 раз больше энергии, чем в самых разреженных.

Этот вывод подтверждает результаты многолетних исследований, показывающих, что добавление новых видов, как правило, повышает продуктивность экосистемы. Большая часть этих данных была получена в результате исследований отдельных частей экосистемы, как правило, растений, а не всей сети хищников и жертв.

Ранее проведенный анализ десятков полевых исследований показал, что влияние биоразнообразия на дикую природу столь же сильно, как и влияние таких важных факторов, как климат и питательные вещества. Это наиболее всесторонняя на сегодняшний день проверка этой идеи на уровне всей пищевой цепи, а не только одной группы продуктов за раз.

По мере роста числа видов в паутине происходят две вещи. Во-первых, паутина становится выше, и между растениями внизу и охотниками наверху располагается больше уровней питания. Больше ступеней означает, что энергия может подниматься выше, обеспечивая пищу для хищников, которых короткая цепь никогда не смогла бы прокормить.

Эта высота соответствовала более раннему предсказанию о том, что количество уровней питания в паутине должно определять, сколько энергии она может переработать. 

До сих пор это была в основном теория. Но наблюдение за тем, как это проявляется в сотнях реальных сетей, в воде и в почве, превратило давнее теоретическое предсказание в измеримую закономерность. Второе изменение коснулось самих хищников. В более разнообразных сетях они продемонстрировали сильную трофическую комплементарность.

Разные хищники, как правило, питаются разной добычей, а не охотятся на одних и тех же животных. Благодаря разделению работы, разнообразный набор хищников направляет больше энергии с нижнего уровня, чем это когда-либо могли бы сделать несколько хищников-универсалов.

В озерах и ручьях, в особенности, такое разделение труда между хищниками, по-видимому, в наибольшей степени способствовало усилению хищничества. Там, где разнообразие охотников было велико, энергия поступала к ним гораздо быстрее, чем можно было бы предположить, просто подсчитав количество видов.

Соавтор исследования Бенуа Гаузенс из Немецкого центра комплексных исследований биоразнообразия (iDiv) сделал акцент на взаимодействиях, а не на общем количестве видов.

«Виды не существуют изолированно; экосистемы функционируют посредством сетей взаимодействий», — говорит Гаузенс.

Хищники располагаются в верхней части этих сетей, и именно это делает их уязвимыми. Им необходимы большие территории и постоянный доступ к пище. Потеря среды обитания, загрязнение и изменение климата могут быстро сократить их численность, вызывая цепную реакцию во всей экосистеме.

В ходе масштабного исследования это неуклонное сокращение численности лучших охотников было названо трофейным понижением, и были прослежены его последствия для океанов, лесов и рек. Уберите этих охотников, и паутина рухнет, потеряет высоту и дополнительный источник пищи, который направляет энергию вверх.

«Когда хищники исчезают из-за потери среды обитания, загрязнения или изменения климата, эти последствия могут распространиться по всей экосистеме и ослабить важные ее функции», — сказал Барнс.

Эти функции не являются абстрактными. Хищники сдерживают численность вредителей, питающихся растениями, на сельскохозяйственных угодьях и поддерживают баланс популяций жертв, что отчасти способствует стабильности экосистем в условиях внешних воздействий.

Когда численность охотников сокращается, естественный контроль ослабевает, и нагрузка распространяется на сельскохозяйственные культуры, рыболовство и водоемы, которыми пользуются люди.

Основной результат усложняет и без того знакомое утверждение. Защита биоразнообразия долгое время означала охрану численности видов, но эта работа показывает, что польза от этого прослеживается во всей структуре интернета.

Устранение этой структуры означает, что одного лишь количества видов будет недостаточно для поддержания тех функций, от которых зависит существование людей. Для исследователей это меняет цели, к которым должна стремиться природоохранная деятельность.

«Чтобы понять и предсказать последствия изменения биоразнообразия, природоохранная деятельность должна выходить за рамки предотвращения вымирания видов и также защищать экологические взаимосвязи, которые обеспечивают продуктивность и устойчивость экосистем», — сказал Гаузенс.

Это более сложная задача, чем ограждение территорий или внесение животных в список находящихся под угрозой исчезновения, поскольку взаимодействия сложнее наблюдать и измерить. Однако результат будет конкретным.

Это позволяет более точно определить целевую аудиторию для охраны природы: сети пищевых взаимоотношений, которые сдерживают распространение вредителей, поддерживают продуктивность водоемов и обеспечивают стабильность экосистем.

Исследование предполагает, что сохранение этих связей в целостном виде может принести больше пользы для функционирующей экосистемы, чем спасение какого-либо отдельного вида. Полученные данные свидетельствуют о том, что энергия, необходимая для поддержания продуктивности озер и устойчивости полей к вредителям, зависит от целостности всей пищевой цепи.