Фізіологія харчування та екологія дикої природи в світі, що змінюється

Кім Бірні-Говен

1 Лабораторія екології та збереження фізіології риб, Департамент біології та Інститут природокористування, Університет Карлтон, 1125 Colonel By Drive, Оттава, Канада ON K1S 5B6

2 DTU AQUA, Національний інститут водних ресурсів, Секція екології прісноводного рибальства, Технічний університет Данії, Vejlsøvej 39, 8600 Silkeborg, Данія

Кетрін С. Пейман

Девід Раубенхаймер

3 Факультет ветеринарних наук, Сіднейський університет, Regimental Drive, Camperdown, NSW 2050, Австралія

Стівен Дж. Кук

Редактор: Крейг Е. Франклін

Анотація

Вступ

В минулому столітті люди модифікували глобальний ландшафт, щоб пристосувати зростаючу людську популяцію (Vitousek et al., 1997). Раніше незаймані ландшафти, річкові та морські пейзажі були перетворені в результаті сільського господарства, урбанізації, видобутку ресурсів (наприклад, шахти, лісове господарство, рибальство), виробництва енергії (наприклад, гідроенергетика, викопне паливо), військової діяльності та інших людських розробок та діяльності (Марцлуфф) та ін., 2001; Foley et al., 2005; Dudgeon et al., 2006; Kennish, 2002; Crain et al., 2009). Накопичення змін, спричинених людиною, змінило екосистеми до такої міри, що людська діяльність зараз вважається головним рушієм глобальних змін (Vitousek et al., 1997; Sanderson et al., 2002), і пропонується ввести новий епохи, званої антропоцену (Crutzen, 2006). Як результат, люди змінили середовище, в якому живуть дикі тварини, включаючи велику кількість та якість продуктів харчування, що впливає на здоров'я тварин, розмноження та виживання (Acevedo-Whitehouse та Duffus, 2009).

За останні роки значно зросли два напрямки харчування (Frost та ін., 2014). Харчова екологія досліджує взаємозв'язок між дієтою, фізіологією травлення та поведінкою годування (Foley and Cork, 1992; Raubenheimer et al., 2009), тоді як харчова фізіологія зосереджується на підгрупі взаємозв'язків, пов'язаних з прийомом та засвоєнням продуктів харчування. Тут ми зосереджуємось на тому, як на вибір їжі та травлення впливає кількість (кількісне обмеження) та склад (якісне обмеження) продуктів, доступних у певному середовищі (Lambert, 2007; див. Таблицю 1 для загальновживаних інструментів для оцінки харчування тварин) . Ці поля породили багато уявлень, які зробили їх наріжним каменем для розуміння механізмів, що пов’язують екологічні закономірності та процеси з фенотипами тварин (Raubenheimer et al., 2009; Karasov et al., 2011; Simpson and Raubenheimer, 2012). Вони також важливі для розуміння обмежень, які харчування може накласти на рух, моделі діяльності, демографію та динаміку популяції (Foley and Cork, 1992; Raubenheimer et al., 2015).

Таблиця 1:

Короткий огляд загальних методів, що використовуються для вивчення харчування тварин, з описом переваг та недоліків кожного

MethodProsCons

Відбір проб кишок	Забезпечує розуміння конкретних предметів поглинаної здобичі, споживання поживних речовин та споживання енергії	Огляд лише короткочасної дієти; Проковтнуті організми можуть помилятися під час ідентифікації; Зазвичай вимагається летальний відбір проб або високий рівень індукованого стресу (промивання шлунка), але розробляються нові варіанти оцінки ДНК матеріалів кишечника
Відбір проб тканин	Дає уявлення про макромолекули	Часто вимагає летального відбору проб
Аналіз фекалій	Неінвазивний, не вимагає захоплення або летального відбору проб	Важко підібрати фекалії до конкретної людини, якщо поведінка важлива для дослідження; М'яку видобуток часто неможливо ідентифікувати
Стійкі ізотопи	Дає уявлення про короткострокову та довгострокову дієту	Дорого; Не надає інформації про конкретні проковтнуті продукти
Безпосередні поведінкові спостереження	Спостереження з перших вуст про те, яку їжу поглинають	Дуже трудомісткий; Присутність людини іноді може змінити поведінку годування
Біо-каротаж або біотелеметрія	Надає інформацію про просторові та часові схеми поведінки в пошуках їжі та споживання їжі	Для вивчення даних може знадобитися час; Електронні мітки, як правило, дорогі

В даний час не існує згуртованих рамок, які б визначали, як спричинені людиною зміни навколишнього середовища впливають на харчування диких хребетних. Така система може бути особливо корисною для вироблення перевіряваних гіпотез щодо майбутніх наслідків таких змін. У цій роботі ми представляємо огляд способів, якими люди змінюють навколишнє середовище (зміна клімату, забруднення, втрата/фрагментація середовища існування, інвазивні види, людські порушення та передбачені джерела їжі), а також розглядаємо, як кожна з цих модифікацій може вплинути на придбання, доступність (якість і кількість) та перетравлення їжі для хребетних. Ми також представляємо репрезентативні приклади, які демонструють, наскільки люди можуть впливати на живлення диких хребетних. Ми розглянемо, як харчування використовувалося в контексті збереження in situ та ex situ. Ми зосереджуємося на хребетних, враховуючи їх загрожуючий статус (Sala et al., 2000), інтерес з боку охоронців природокористування та політиків (Redford et al., 2011) і тому, що відносно більшості безхребетних основна біологія, природна історія та харчова екологія хребетних добре вивчені (див. Дональдсон та ін., 2016), розуміння, багато в чому завдяки тому, що вони зазвичай проводяться в зоопарках та акваріумах (Conde et al., 2011).

Зміни навколишнього середовища, спричинені людиною, та їх вплив на харчування

Люди багато в чому змінили планету, в тому числі через зміну клімату, забруднення навколишнього середовища, зміну середовища існування та інтродукцію/транслокацію нових видів (розглянуто у Vitousek et al., 1997). Що це означає для тварин з точки зору харчування?

Зміна клімату

Забруднення

Зміни в поведінці тварин можуть відбуватися при концентраціях хімічних речовин, менших, ніж можуть спричинити летальність (Little and Finger, 1990) і можуть вплинути на рішення щодо пошуку їжі (Scott і Sloman, 2004; Vaughan et al., 1996). Середовища, які сильно забруднені металами, мають зменшену чисельність і різноманітність багатьох наземних комах (оглянуто в Heliövaara and Väisänen, 1990), що може вплинути на продуктивність розмноження комахоїдних птахів (Eeva et al., 1997). Птахи, що зазнали впливу забруднювачів металів, також демонстрували знижений апетит (Di Giulio та Scanlon, 1984), а стічні води паперової фабрики перешкоджають травленню ферментів у риб (Temmink et al., 1989). Таким чином, забруднювачі потенційно можуть мати накопичувальну дію: вони зменшують наявний запас їжі, зменшують інтерес до наявної їжі та зменшують перетравлення споживаної їжі. Хижаки особливо вразливі, оскільки багато сполук зазнають біоакумуляції, піддаючи тварин вище в харчовому ланцюзі підвищеному рівню забруднюючих речовин (Walker, 1990).