Kaip ekologiniai požymiai nulemia žinduolių išmirimo riziką?

[Andrej S]

    Daugelis faktorių nulemia tai ar pasiseks tam tiktrai rūšiai išgyventi ar ne. Vieni iš tų faktorių yra organizmo lygio (pvz. kūno dydis) kiti faktoriai yra pagal savo pobūdį emerdžentiniai rūšies atžvilgiu (pvz. geografinis paplitimas, populiacijos struktūra ir pan.). Taigi, mokslininkams - evoliuciniams biologams, makroekologams ir išsaugojimo biologams klausimas, kas labiausiai nulemia rūšių išgyvenamumą (?), yra esminis. Šis klasimas ypač svarbus dabar, kai intensyvėjant žmogaus ekspansijai ir resursų naudojimui, vis didėja slėgis likusiai biotai. Jeigu mes žinome kokie ekologijos veiksniai susiję su padidėjusia išmirimo rizika, galime kurti globalaus masto strategijas rūšių ir visų ekosistemų išsaugojime, bei spręsti kurie georfaniai regionai savyje talpina rizikingiausias rūšis.

   Taigi, vadovaudamasi tokiais imperatyvais, ekologų komanda iš JAV atliko žinduolių išmirimo rizikos priklausomybės nuo ekologinių parametrų tyrimą, kuris buvo publikuotas PNAS žurnale, birželio 15 diena. Kaip rašo tyrėjai, daugiau nei ketvirtadalis visų žinduolių

rūšių yra ant išnykimo slenksčio, tuo tarpu daugiau nei pas pusę rūšių mažėja jų populiacijos. Autoriai, naudodamiesi daugiau nei 4500 dabartinių žinduolių rūšių turinčia duomenų baze sudarė sprendimų medį, kuriame atvaizduojama ekologinių faktorių įtaka išmirimo rizikai. Tyrimas parodė, kad egzistuoja aibė ekologinių kelių kurie gali nuvest rūšį prie išmirimo, ir jokia stambi kategorija, ar tai pagal kūno masę ar pagal kokį kitą parametrą nėra visiškai atspari išmirimams, ir ar rūšis turi padidėjusią išmirimo riziką visados priklauso nuo keliolikos faktorių. Kaip žinoma iš ankstesnių tyrimų, pats svarbiausias pavienis faktorius, kuris nulemia rūšies išgyvenamumą - tai geografinis paplitimo arealas (įvairių ekologinių faktorių svarba išmirimo rizikoje - Faktoriu_svarba_ismirimo_rizikoje.JPG). Taip pat, kaip rodo paleontologiniai ir neontologiniai duomenys, labai svarbus faktorius nulemiantis rūšies išlikimą yra kūno dydis (prisiminkime pleistoceno megafaunos išmirimo atvejus). Tačiau, dažniausiai išmirimo faktoriai sąveikauja tarpusavyje netiesiškai ir priklausomai nuo konteksto. Būtent tokioms problemoms spręsti, labiausiai ir tinkami sprendimų medžiai, kurie leidžia atskleisti sąsajas tarp įvairių faktorių, tuo pat metu neprarandant tikslumo. Jie taip pat nereikalauja duomenų parametrinio pasiskirstymo pobūdžio (pvz. normalumo), bei kintamųjų nepriklausomumo. Tačiau dėl to kad šitoks analizės būdas jautrus įvedamų duomenų atžvilgiu, buvo atlikta taip vadinama "atsitiktinio miško" analizė, kuri apjungia daugelio sprendimų medžių rezultatus į patikimą ir tvirtą (angl. robust) rezultatą.

   Atlikto tyrimo pasekoje, yra apskaičiuota kad surastas sprendimų medis nuspėja išmirimo riziką pagal realius duomenys su 88 % tikslumu. Kaip svarbiausi faktoriai padidinantis išmirimo riziką (žiūrėkite buvusį paveikslėlį) yra mažas geografinis paplitimas, mažas populiacijos tankis, mažas grupės dydis, lėtas reprodukcijos greitis, didelis teritorijos plotas reikalingas egzistavimui, didelis kūno dydis, priklausomybė nuo buveinės ir aktyvumo periodas. 

  Žiūrint į patį medį, galima pamatyti, kaip pasiskirsto riziką įtakojantys parametrai - Sprendimu_medis.JPG. Iš jo matosi, kad svarbiausia dichotomija išmirimo rizikoje eina pagal žinduolių kūno masę (dideli vs. maži), t.y. vienoje pusėje nagrinėjami žinduoliai kurių kūno masė yra mažesnė nei 5,5 kg, kitoje - kur didesnė. Ir kaip pastebi patys tyrimo autoriai, kūno masė kaip svarbus faktorius atsiranda vėl ir vėl daugelyje sprendimo medžio atšakų ir visados rūšis su didesniu kūno dydžių turi didesnę išmirimo riziką. Todėl, kaip pabrėžia autoriai, labiau svarbus ne absoliutus kūno dydis o santykinis dydis, kitų artimų rūšių atžvilgiu, kurios turi panašius kitus ekologinius parametrus. Antras pagal svarumą faktorius šioje analizėje yra geografinis rūšies paplitimas, kuris taipogi panašiu būdu kaip ir kūno dydis, kontekstiškai nulemia išmirimo riziką (t.y. labiau svarbus santykinis paplitimas). Panašiai priklausomi ir daugelis kitų išmirimo rizikos parametrų, kur dominuoja santykiniai o ne absoliutus matai (pvz. reprodukcijos greitis, gyvenimo būdas ir pan.). Taip pat nagrinėjant medį, galima pamatyti kad nors ir geografinis paplitimas ir kūno dydis yra svarbus apybrėžiantys faktoriai išmirimo rizikoje, tačiau mažo kūno ir didelio geografinio paplitimo rūšys gali turėti vienodą ar net didesnę išmirimo tikimybę nei mažesnio geografinio paplitimo ir stambesnės rūšys, priklausomai dar ir nuo kitų ekologinių faktorių (žiūrėkite į žemąsias medžio šakas). Todėl, sudėtinga netiesiška sąveiką tarp koreliuotų ekologinių požymių sukuria daugybinius kelius išmirimo rizikos didėjimui.

   Kitame straipsnyje, kuriame buvo vertinama šiuolaikinių žinduolių išmirimo rizika ir faktoriai kurie ją nulemia, kuris buvo išspausdintas 2008 metų spalio mėnesio "Sicence" žurnale. Prie šio projekto prisidėjo, kaip rašoma straipsnyje, apie 1700 mokslininkų, kurie ištyrė visas (nurodomas skaičius - 5487) šiuo metu žinomas žinduolių rūšis biogeografinio paplitimo, filogenetinės įvairovės ir kitų makroekologinių parametrų svarbiu išsaugojimo biologijoje atžvilgiu. Kaip rodo tyrimai, jūriniai ir sausuminiai žinduoliai turi skirtingus išmirimo riziką didinančius faktorius. Jūrinių gyvūnų mirštamumas labiau susijęs su atsitiktinėmis mirtimis (pakliūna į žuvų tinklus, susiduria su laivais) ir užterštumu (cheminės, mechaninės šiukšlės arba karinių povandeninių laivų sonarų triukšmas), kitaip nei sausuminių žinduolių, kurių nykimas susijęs su buveinių naikinimu. Šiuos dėsningumus jus galite vaizdžiai pamatyti sukurtuose žemėlapiuose iš nagrinėjamo straipsnio ( Nykstanciu_rusiu_skaicius_ir_nykimo_priezasciu_svarba.JPG ). Pav. A galite pamatyti retų rūšių koncentracijos pagal geografinius regionus žemėlapį (čia ir visur kitur, raudonesnės spalva kontinentuose ir mėlynesnė spalva vandenynuose reiškia didesnę koncentraciją). Pav. B nurodo rūšių skaičių per geografinio ploto vienetą, paveiktų buveinių nykimo. Pav. C nurodo ūkinio naudojimo paveiktų rūšių kiekį. Pav. D Atsitiktinio mirtingumo poveikio rūšių nykimui žemėlapis. Pav. E nurodo rūšių kiekį per ploto vienetą, kurios yra neigiamai paveikiamos užterštumo. Pav. nuo B iki E yra palyginami toje pačioje skalėje.

   Taip pat paskutiniame tyrime nurodo koks yra globalus rūšinio turtingumo paplitimas žemės rutulyje žinduolių rūšių atžvilgiu. Tai pvz. žinduolių rūšių kiekio priklausomybė nuo nagrinėjamos platumos ( Zinduoliu_rusiu_kiekis_vs_Platuma.JPG ). Jame puikiai matosi žymusis platuminis biologinės įvairovės gradientas - stambiausias planetinio masto biogeografinis dėsningumas, kuris kiek yra žinoma egzistavo beveik per visą fanerozojaus eoną bei vis dar laukia adekvataus savo būvimo paaiškinimo. Tyrimo metu buvo sukurti ir informatyvesni rūšinį turtingumą atspindintys žemėlapiai  ( Rusiu_gausumas_Filogenetine_ivairove_Mazo_paplitimo_rushys_Medianinis_arealas.JPG ). Taip pat kaip ir praėjusiuose žemėlapiuose, nagrinėjamas parametras didėja sausumoje - intensyvėjant raudonai spalvai o vandenynuose mėlynai. Pav. A vaizduoja globalų žinduolių rūšių gausumo paplitimą pagal regionus. Kaip teigia autoriai šitoks pobūdis nurodo kad įvairovė linkusi koncentruotis energetiškai labiau turtinguose bei aplinkos atžvilgiu labiau heterogeniškuose regionuose. Pav. B vaizduoja filogenetinę įvairovę, kuri apskaičiuojama kaip filogenetinio medžio, kuris aprašo esančias regione rūšys, suminis šakų ilgis milijonais metų (apie filogenetiką G-moksluose: Filogenetinė sistematika... ). Tai faktiškai yra nepriklausomos evoliucijos istorijos kiekio matas, kurios koncepcija pirma kartą buvo pasiūlyta evoliucinio biologo iš Edinburgo universiteto - Šono Ni (Sean Nee), kuris palygino išmirimą su evoliucinės istorijos praradimu. Kaip rodo grafikas iš papildomos medžiagos - Rusiu_gausa_vs_Filogenetine_ivairove.JPG , rūšių gausa yra tiesiškai susijusi su filogenetine įvairove. Tai reiškia kad dažniausiai ekosistemos susideda ne vien iš labai giminingų rūšių (kas mažintu parametrą) ir ne iš neproporcingai skirtingų (kas didintu parametrą), nepriklausomai nuo mastelio. Pav. C rodo stipriai endemiškų rūšių koncentracijos pagal geografinius regionus paplitimą. Matoma kad didžiausias endemiškumas pastebimas kalnuose bei Madagaskaro saloje sausuminių žinduolių atžvilgiu ir pietinėje Pietų Amerikos pakrantėje jūrinių. Pav. D - žemėlapis kuris nurodo medianinį rūšių gyvanenčių tam tikrose regionuose paplitimą kv. kilometrais. Šiaurinės rūšys dažniausiai turi didesnį paplitimo arealą - šis fenomenas jau seniai žinomas ir vadinama Rapoporto taisyklė. 

  Reikia pažymėti kad rūšių ištirtumas vien tiktai taksonomiškai (nekalbant apie tolimesnį biologijos tyrimą) yra tolimas nuo pilno. Kaip teigia autoriai, nuo 1992 metų, žinomų žinduolių rūšių kiekis padidėjo 19 %, t. y. atrastos 349 visiškai naujos rūšys, ir 512 taksonų rangas buvo pakeltas iki rūšies lygio (ir čia kalba neeina apie išmirusias rūšys!). Be to dar daugelis regionų žemėje yra labai mažai ištirti, o ypač tai liečia jūrinius žinduolius. Prisegtame faile - Zinduoliu_naujos_rushys_nuo_1992_ir_duomenu_trukumas.JPG . Pirmame žemėlapyje parodyti rūšių kiekiai kurie buvo atrasti pagal geografinius regionus, tuo tarpu antrame paveikslėlyje matomas duomenų trūkumas pagal regionus. 

  Sumuojančiame paveikslėlyje galite pamatyti kokią riziką patyrią kai kurie Linėjaus ranginės sistemos šeimų lygio žinduolių grupės - Ismirimo_rizika_vs_rusiu_kiekis_seimose.JPG. Šiame grafike parodyta kaip priklauso santykinis nykstančių ir išnykusių rūšių kiekis nuo šeimos, kuriai jos priklauso, rūšinio gausumo. Spalvos intensyvumu parodytas įverčių patikimumas (permutacijos koeficientai), kuo ryškesnės - tuo patikimiau. Kaip galime pamatyti iš šios diagramos, su dideliu patikimumu (p<0,001) - Hominidų šeimoje tiktai žmonės nėra ant išnykimo ribos (visos laukinės rūšys yra nykstančios).

  Šie tyrimai yra puikus evoliucijos, ekologijos ir statistikos teorijos (samplingo bei daugiamačių duomenų analizės) taikymo pavyzdys, parodantys ką mes turime daryti jeigu norime išsaugoti gamtinę įvairovę. Remdamiesi šiais tyrimų rezultatais (žemėlapiais ir sprendimų medžiu), galima pasakyti kokios rūšys patenka į rizikingiausių kategoriją pagal savo ekologinius požymius bei į kokius geografinius regionus labiausiai reiktu kreipti dėmesį stengiantis išsaugoti gamtinę įvairovę, taip maksimaliai sumažinant per milijonus metų susikaupusio, veikiančio evoliucijos istorijos archyvo praradimus.

G-moksluose apie makroekologiją:

Makroekologija - ekosistemų tyrimai stambiuose laiko ir erdvės masteliuose

Atradimai Makroevoliucijoje ir Makroekologijoje - II

6 Masinis Išmirimas? 

Genčių stabilumas teigiamai koreliuojasi su ekosistemų alfa įvairovės lygiu

Veiksniai nulėmę išgyvenamumą per Kreidos - Paleogeno masinį išmirimą [3 PNAS straipsniai]

Nuorodos:

   Ana D. Davidsona, Marcus J. Hamiltonb, Alison G. Boyerb, James H. Brown and Gerardo Ceballos. Multiple ecological pathways to extinction in mammals. PNAS. Published online before print June 15, 2009, doi: 10.1073/pnas.0901956106 - Straipsnis "PNAS" žurnale apie žinduolių ekologinių kintamųjų įtaką išmirimo rizikai

   Jan Schipper et. al.The Status of the World's Land and Marine Mammals: Diversity, Threat, and Knowledge. Science 10 October 2008:Vol. 322. no. 5899, pp. 225 - 230DOI: 10.1126/science.116511 - Straipsnis "Science žurnale apie žinduolių išmirimo rizikos globalių mastų įvertinimį bei rizikos žemėlapių sudarymą.

   Jan Schipper et. al .The Status of the World's Land and Marine Mammals: Diversity, Threat, and Knowledge SOM - Papildoma informacija prie aukščiau įvardyto tyrimo.

--
AS