Новые результаты, опубликованные в этом месяце в Proceedings of the National Academy of Sciences, подтверждают предыдущие модели, показывающие, что конкуренция между видами замедляет их распространение на новые территории в течение нескольких поколений.
«Эксперимент показывает, как межвидовая конкуренция может подвергнуть определенные виды большему риску исчезновения», – сказал Джеффри Лего, ведущий автор исследования, проводивший исследование, когда он получил докторскую степень по экологии и эволюционной биологии в CU Boulder. "Это позволило нам улучшить экологические модели, и это помогает нам делать более точные прогнозы о природе."
Исследователи обнаружили, что конкуренция между видами устанавливает границы, на которых виды расширяют свои ареалы, обеспечивая поддержку для включения межвидовой конкуренции в экологические модели и исследования, которые отслеживают, прогнозируют или управляют этими изменениями в мире природы.
Чтобы достичь этого нового открытия, исследователи использовали два вида небольших, но выносливых насекомых: мучного жука.
Мучные жуки изучаются с начала 1900-х годов и являются модельным организмом в экологии. Точно так же, как плодовые мушки используются в качестве модельного организма для изучения генетики, мучные жуки могут представлять фундаментальную экологию большинства организмов, и их реакции в лаборатории могут быть применены к более крупным экологическим тенденциям и моделям в мире природы.
В природе эти крошечные существа живут на земле в опадке из листьев и в коре деревьев.
Несмотря на то, что они незаметны для нас, они распространены по всему миру.
В лаборатории исследователи выстроили серию из 1.Ящики из оргстекла длиной 5 дюймов, соединенные отверстиями, которые они могли открывать и закрывать, как заборы. Два вида мучных жуков родились на противоположных концах этого ряда, а затем наблюдались, как их популяции расширялись по ландшафту и конкурировали друг с другом.
«Это микрокосм большого природного мира, который позволяет вам сосредоточиться на основных процессах рождения, смерти и движения», – сказал Бретт Мельбурн, старший автор исследования и доцент кафедры экологии и эволюционной биологии.
Продукт-вредитель и модельный организм
Войдя в лабораторию Мельбурна, вы можете подумать, что находитесь в пекарне, а не в помещении, где проводятся научные эксперименты. Повсюду пылинка из муки, и большая часть оборудования больше похожа на пекарню, чем на лабораторию.
«Мы даже просеиваем муку, как вы должны это делать, когда что-то печете», – сказал Лего, в настоящее время научный сотрудник Университета Британской Колумбии.
Мука является одновременно средой обитания мучных жуков и их источником пищи, но также и продуктом питания, пользующимся большим спросом. Жуки считаются основными вредителями хранимых продуктов, поскольку они могут попасть не только в ваши шкафы, но и в силосы для зерна и на мукомольные комбинаты. В результате многие исследования этих насекомых сосредоточены на их уничтожении.
Но для исследователей эти пищевые вредители идеально подходят для проведения строго контролируемых экспериментов. Поскольку у жуков короткий жизненный цикл, наблюдение за их популяциями через многие поколения можно проводить в течение года.
Тем не менее, работа все еще идет интенсивно.
В год проведения эксперимента 24 студента CU Boulder помогли Лего и Мельбурну подсчитать более миллиона жуков.
Изменение климата и изменение среды обитания
Для Мельбурна это исследование особенно важно в связи с изменением климата.
«Один из способов, которым виды переживают изменение климата, заключается в том, что их среда обитания перемещается: они либо поднимаются по склонам горы, либо движутся к полюсам», – сказал Мельбурн.
По данным Мельбурна, во многих частях мира скорость, с которой среда обитания перемещается в этих северных и восходящих направлениях по всему земному шару, составляет более километра в год.
Это действительно быстро, особенно для видов с ограниченной способностью менять место обитания.
Прогнозы относительно того, насколько хорошо вид выживет из-за изменения климата, перемещая среду обитания, часто сосредотачиваются на отдельных, отдельных видах. Но по мере того, как многие виды мигрируют в новые районы, они сталкиваются с устоявшимися видами, которые там уже обитают.
Поскольку два вида могут полагаться на одни и те же источники пищи или другие ресурсы, выживание обоих находится под угрозой.
«Эти виды взаимодействия между видами могут быть очень важны для долгосрочного сохранения или исчезновения видов в ответ на перемещение местообитаний», – сказал Мельбурн.
Среди других авторов этой статьи – Мэтью Биттерс из Департамента экологии и эволюционной биологии в CU Boulder; и Алан Гастингс из Калифорнийского университета и Института Санта-Фе.