Чрезмерно оптимистичные красные белки не пропустили урожайный год
Такие особи чувствительнее к сигналам, которые указывают на массовое плодоношение елей
Самки североамериканских красных белок умеют предсказывать урожай сизых елей — и приносят больше потомства в годы, когда ожидается массовое плодоношение этих деревьев. Однако некоторые особи ошибаются: они рожают больше детенышей в неурожайные годы или обычное количество детенышей — в урожайные. Зоологи выяснили, что ложноположительные ошибки обходятся белкам не так дорого, как ложноотрицательные. Кроме того, особи, которые склонны переоценивать урожай елей, более чувствительны к признакам, указывающим на массовое плодоношение этих деревьев. Это значит, что они меньше рискуют совершить более серьезную ошибку — пропустить урожайный год. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Science.
Многие животные зависят от источников пищи, доступность которых сильно колеблется от года к году. Например, некоторые хищные птицы из арктических тундр и умеренных широт кормятся в основном мелкими грызунами, чья численность подвержена регулярным вспышкам и падениям. А плодоядные птицы и млекопитающие раз в несколько лет получают возможность попировать благодаря массовому плодоношению деревьев, таких как дубы или рябины (зато в другие годы подходящего для них корма почти нет).
Чтобы использовать подобные ресурсы как можно более эффективно, животные вынуждены подстраивать стратегию размножения под доступность пищи или кочевать. Красные белки (Tamiasciurus hudsonicus), широко распространенные в лесах Северной Америки, выбирают первый путь. В канадской провинции Юкон эти грызуны каждую осень делают запасы семян сизой ели (Picea glauca), которые служат им основным источником пищи в течение зимы. В обычные годы ели производят немного семян или не производят их вовсе, что ограничивает выживаемость молодых особей в течение зимы. Однако раз в 4-6 лет эти деревья массово плодоносят. В результате благодаря обилию пищи больше молодых белок могут пережить зиму.
Самки красных белок способны предсказать урожайность елей за несколько месяцев до начала плодоношения (предполагается, что они ориентируются на экологические факторы, например, на концентрацию выделяемых деревьями фитогормонов). На основе этих прогнозов они регулируют количество детенышей в помете. Если самки чувствуют, что год будет обычным, они приносят в среднем трех детенышей. Однако в преддверии урожайного года они увеличивают среднее число детенышей в помете до 3,5.
Команда зоологов под руководством Лорен Петруйо (Lauren Petrullo) из Мичиганского университета решила выяснить, какая судьба ждет белок, которые ошиблись в прогнозах урожайность и принесли больше или меньше потомства, чем нужно в этом году. Для этого авторы проанализировали данные об успехе размножения 1000 самок этого вида, собранные на исследовательском участке в провинции Юкон в течение 31 года, начиная с 1987 года.
Оказалось, что 53,5 процента самок увеличивали число детенышей перед урожайным годом. Однако 23,1 процента из них даже в урожайные годы рожали обычное число детенышей, а 26,7 процента приносили увеличенное количество детенышей в неурожайные годы.
К моменту массового плодоношения елей репродуктивный успех самок, которые не увеличили размер помета, сокращался на 97 процентов. К этому моменту у них выживало в среднем 1,07 детеныша, в то время как у их сородичей, сумевших принести больше потомства, — 2,11 детеныша. В то же время самки, которые в неурожайный год приносили увеличенные пометы, почти не расплачивались за эту ошибку: репродуктивный успех у них оставался таким же, как у самок, которые принесли пометы с обычным числом детенышей.
Каждый раз, когда белка-самка делала правильный прогноз и приносила больше детенышей в урожайный год, ее репродуктивный успех в пересчете на всю жизнь увеличивался на 12,5 процента. Однако каждый раз, когда самка в урожайный год приносила обычное число детенышей, ее репродуктивный успех в пересчете на всю жизнь сокращался на 30 процентов.
Самки красных белок, дожившие до одного года, живут в среднем 3,5 года. Неудивительно, что более половины из них ни разу в жизни не сталкиваются с массовым плодоношением елей. По оценке Петруйо и ее соавторов, репродуктивный успех таких самок в течение всей жизни заметно меньше, чем у их сородичей, которым удалось застать период изобилия. В таких условиях отбор, скорее всего, благоприятствует самкам, которые очень чувствительны к сигналам, указывающим на приближение урожайного года. Несмотря на то, что такие особи чаще совершают ложноположительные ошибки (то есть приносят больше детенышей в неурожайные годы), они с меньшей вероятностью совершат самую большую ошибку в жизни — пропустят урожайный год.
Однако за склонность матерей к риску расплачиваются их детеныши. Проанализировав данные о 8455 молодых красных белках, исследователи обнаружили, что детеныши самок, которые приносят увеличенные пометы в неурожайные годы, медленнее растут и реже переживают первую зиму. Таким образом, один и тот же признак повышает приспособленность матери и снижает приспособленность ее потомства.
Петруйо и ее коллеги также проанализировали результаты эксперимента, который проводился на соседней территории в течение 14 лет. Здесь белки в неограниченном количестве получали подкормку — арахисовое масло. Как и на первом участке, самки, которые в неурожайный год принесли много детенышей, увеличивали репродуктивный успех в пересчете на год и на всю жизнь. Их детеныши при этом в течение зимы выживали так же хорошо, как и у самок, не совершавших ошибок.
В то же время самки, которые не увеличили размер помета в ответ на массовое плодоношение елей, понесли меньшие потери, чем в отсутствие подкормки. Несмотря на то, что их репродуктивный успех в пересчете на год снижался, в пересчете на всю жизнь он оставался таким же, как у самок, не совершавших ни ложноположительных, ни ложноотрицательных ошибок. Таким образом, дополнительная подкормка меняет давление отбора, который в обычных условиях благоприятствует склонным к риску самкам.
Ранее зоологи выяснили, что красные белки живут дольше и оставляют больше потомства, если владельцы соседних участков не меняются на протяжении длительного времени. Если хозяева соседних территорий давно знакомы друг с другом, они реже вступают в конфликты и тратят меньше времени и энергии на защиту границ. Это позволяет перенаправить ресурсы на кормление или поиск партнеров для размножения.
Канальный сомик поедает плоды лоха узколистного и распространяет его семена
Ихтиологи обнаружили, что 44 процента рациона канальных сомиков, завезенных в реку Сан-Хуан на юго-западе США, составляют плоды лоха узколистного — инвазивного вида деревьев, который попал в Северную Америку благодаря человеку. Несмотря на то, что плоды лоха не слишком питательны, они встречаются в изобилии и их легко собирать, что позволяет им обеспечивать 35,6 процента энергетических потребностей сомиков. Как отмечается в статье для журнала Ecology of Freshwater Fish, возможно, лох помог сомикам колонизировать реку Сан-Хуан и размножиться в ней — а сомики помогли лоху расселиться, распространяя его семена с пометом. Ученым известно немало случаев, когда один инвазивный вид создает благоприятные условия для других инвазивных видов. Например, одичавшие свиньи (Sus scrofa) в Северной и Южной Америке и Океании разрывают почву, помогая чужеродным растениям колонизировать новые территории и размножаться вегетативным путем. А канадские бобры (Castor canadensis), попавшие на Огненную Землю благодаря человеку, строят на местных реках запруды, в которых отлично чувствует себя кумжа (Salmo trutta fario), инвазивная лососевая рыба. Команда ихтиологов под руководством Кристофера Чика (Christopher A. Cheek) из Университета штата Южная Дакота описала еще один похожий пример. В центре их внимания оказалась популяция канальных сомиков (Ictalurus punctatus) из реки Сан-Хуан, притока Колорадо. Эти рыбы были завезены сюда в конце XIX века из восточной части Северной Америки и к настоящему времени сильно размножились. Сомики представляют серьезную угрозу для находящихся под угрозой исчезновения аборигенных видов рыб, с которыми они конкурируют и на которых охотятся. Предыдущие исследования рациона канальных сомиков из реки Сан-Хуан показали, что они часто поедают плоды лоха узколистного (Elaeagnus angustifolia) — дерева, которое попало на запад Северной Америки из Евразии в начале XX века и быстро расселилось по континенту, особенно по берегам рек в центральной и западной части США. Чтобы уточнить, насколько сильно сомики из Сан-Хуана зависят от плодов лоха, Чик и его коллеги с сентября 2016 года по сентябрь 2017 года отлавливали этих рыб на четырех восьмикилометровых участках реки и анализировали содержимое их желудков. В общей сложности в выборку включили 749 особей. Кроме того, авторы оценивали доступность плодов лоха в разные сезоны. Для этого они устанавливали под кронами деревьев ловушки и подсчитывали количество упавших плодов. Проанализировав собранные данные, исследователи пришли к выводу, что плоды лоха опадают с деревьев в течение всего года, причем в наибольшем количестве — осенью и зимой. При этом анализ содержимого желудков сомиков показал, что они поедают плоды лоха в течение всего года (эта пища была обнаружена в желудках у всех пойманных особей). Осенью и весной плоды являются для этих рыб главным источником пищи — а в течение года в среднем составляют 44 процента от общей массы их рациона. Кроме того, сомики поедают другие растения и водоросли, водных и наземных беспозвоночных, мелких наземных позвоночных, а также рыб, включая представителей собственного вида. По оценкам Чика и его коллег, плоды лоха не слишком питательны. Около половины их массы составляет неперевариваемая косточка, а мякоть на 73,6 процента состоит из углеводов и всего на 5,6 процента и 1,7 процента из белков и жиров соответственно. Энергетическая плотность плодов лоха составила 1605 джоулей на грамм — намного ниже, чем у других объектов питания сомиков (у рыбы она составляет 4200 джоулей на грамм, а у водных насекомых — 4300 джоулей на грамм). Тем не менее, судя по расчетам авторов, в течение года плоды лоха обеспечивают в общей сложности 35,6 процента энергетических потребностей сомиков, достигших 30-сантиметровой длины (а также покрывают 38,7 процента энергии, необходимой для метаболических процессов, таких как дыхание и выделение). Еще 31,4 процента энергии эти рыбы получают, поедая наземных беспозвоночных и позвоночных. На водных беспозвоночных, рыбу и раков приходится соответственно 18,3 процента, 10 процентов и 4,6 процента энергии, получаемой сомиками. Исследователи ожидали, что канальные сомики будут переключаться на плоды лоха лишь в тех случаях, когда им будет не хватать другой пищи, например, донных беспозвоночных. Однако в действительности эти рыбы едят плоды в течение всего года и используют их как надежный источник энергии. Несмотря на то, что плоды лоха не слишком питательны, их всегда много и на их поиски не нужно тратить много времени и сил. По мнению авторов, плоды лоха, покрывают значительную часть метаболических потребностей сомиков, позволяя использовать для роста энергию от пищи, богатой белками и жирами. Кроме того, растущие вдоль берегов рек деревья лоха могут привлекать наземных позвоночных, которые составляют около трети рациона сомиков. Чик и его коллеги допускают, что распространение лоха узколистного вдоль берегов Сан-Хуана помогло канальными сомикам закрепиться в этой реке и достичь высокой численности. А сомики, в свою очередь, могут помогать лоху, распространяя его семена вместе с пометом. Впрочем, авторы подчеркивают, что каждый из этих видов вполне мог заселить реку Сан-Хуан самостоятельно. С другой стороны, сотрудничество двух инвазивных видов может идти на пользу аборигенным видам: в теории, поедая плоды лоха, сомики меньше конкурируют с местными рыбами (которые не приспособлены к кормлению плодами) и реже нападают на них. Ранее экологи описали механизмы, с помощью которых инвазивные виды растений успешно закрепляются на новых территориях: это ускоренный набор наземной биомассы, ее возврат в почву и микробная минерализация, а также возможность фиксации азота и увеличение микробной биомассы в ризосфере. Благодаря этим особенностям древесные инвазивные азотфиксаторы (в частности — серебристая акация (Acacia dealbata)) обладают прекрасным потенциалом для рекультивации территорий и борьбы с климатическими изменениями.
