Массовый выход периодических цикад нарушил пищевые сети в североамериканских лесах

Зоологи обнаружили, что массовое появление периодических цикад в лесах на востоке Северной Америки раз в 13 или 17 лет приводит к нарушению пищевых сетей. Привлеченные обилием питательных и легкодоступных цикад, птицы начинают кормиться почти исключительно ими, теряя интерес к гусеницам и другим листоядным насекомым. В результате численность последних растет — и они активнее объедают листья деревьев. Как отмечается в статье для журнала Science, хотя взрослые цикады живут всего несколько недель, последствия от их массового выхода еще долго влияют на лесные экосистемы.

Периодические цикады (Magicicada), обитающие в лесах на востоке Северной Америки, широко известны благодаря очень необычному жизненному циклу, который, вероятно, выработался в качестве защиты от хищников. Личинки этих насекомых развиваются под землей на протяжении 13 или 17 лет, питаясь соками из корней деревьев, после чего с приходом весны в огромном количестве выходят на поверхность, претерпевают метаморфоз и приступают к размножению. Самцы громким пением привлекают самок, которые после спаривания откладывают яйца в надрезы на толстых ветках. Взрослые особи вскоре погибают, а вылупившиеся личинки падают на землю и закапываются в нее. При этом массово появляющихся цикад поедают разнообразные животные, от птиц до змей.

Всех периодических цикад зоологи делят на семь видов (четыре тринадцатилетних и три семнадцатилетних) и пятнадцать выводков (broods), которые отличаются друг от друга ареалом и годом появления. В одном выводке может быть до трех-четырех разных видов цикад с одинаковым интервалом развития. В каждом из них все цикады выходят на поверхность в один и тот же год. Например, в 2021 году на северо-востоке США произошел массовый выход выводка X с интервалом развития в 17 лет. Мы подробно рассказывали об этом событии в материале «Явление цикад».

Команда зоологов под руководством Марты Вейсс (Martha R. Weiss) из Джорджтаунского университета решила больше узнать о том, как массовый выход периодических цикад сказывается на экосистемах североамериканских лесов. Исследователи предположили, что в годы, когда в определенной местности наблюдается появление местного выводка цикад, обитающие здесь птицы переключаются на кормление ими, оставляя других насекомых без внимания. Это может приводить к вспышкам численности последних, что отрицательно сказывается на здоровье деревьев.

Чтобы проверить эту идею, Вейсс и ее коллеги провели наблюдения за птицами во время появления выводка X в 2021 году. Кроме того, они провели опрос среди орнитологов-любителей. В результате авторам удалось собрать сведения о 983 птицах, которые кормились цикадами из выводка X. Пернатые относились к 82 разным видам, от крошечных голубых комароловок (Polioptila caerulea) весом около семи грамм до одиннадцатикилограммовых лебедей-трубачей (Cygnus buccinator). Столь синхронная реакция пернатых объясняется тем, что цикады являются питательной и легкой добычей и при поимке они почти не сопротивляются. Более того, вопреки предположению исследователей, цикадами кормились даже мелкие насекомоядные птицы, для которых эта добыча, казалось бы, слишком велика.

Исследователи также провели трехлетний эксперимент, чтобы понять, как массовый выход цикад сказывается на интересе птиц к другой добыче — а именно к листоядным гусеницам, которые являются их обычной пищей. В 2020, 2021 и 2022 годах авторы размещали на двух лесных участках в штате Мэриленд сделанных из зеленого пластилина гусениц, а затем проверяли количество следов от птичьих клювов на них. Выяснилось, что еженедельное число атак пернатых на фальшивых гусениц в год появления выводка X было значительно ниже, чем в 2020 и 2022 годах, когда массового появления цикад не наблюдалось. Например, в мае 2021 года (в этом месяце цикады начинают выбираться на поверхность) птицы атаковали меньше десяти процентов моделей в неделю, а в мае 2020 и 2022 годов — около тридцати процентов. Низкий интерес пернатых к гусеницам сохранялся вплоть до начала июля 2021 года, когда самцы цикад постепенно перестали петь, и лишь к августу вернулся к значениям обычного года, поднявшись выше 25 процентов.

В дополнение к этому, в раннем мае и позднем июне 2021, 2022 и 2023 года авторы пересчитали всех листоядных насекомых на нескольких белых дубах (Quercus alba) в районе исследования. В мае 2021 и 2022 годов на этих деревьях наблюдалось примерно одинаковое обилие таких насекомых, однако в 2023 году их оказалось намного меньше. При этом в позднем июне 2021 года (то есть года массового выхода цикад из выводка X) листоядных насекомых на дубах было вдвое больше, чем в два последующих года. У гусениц бабочки-совки Acronicta increta вспышка численности сопровождалась изменениями в демографической структуре: в 2021 году более половины их них составляли крупные особи третьего-пятого возрастов, в то время как в 2022 году таких было 13 процентов, а в 2023 — менее процента. Таким образом, в год массового появления периодических цикад птицы действительно реже охотятся на гусениц, позволяя им достигать более высокой численности и чаще дорастать до более значительного возраста. Отчасти это связано с тем, что в подобные годы пернатые смещают кормовые участки к окраинам лесов, где цикад особенно много, давая временную передышку насекомым из центральных частей лесных участков.

На следующем этапе Вейсс с коллегами оценили, как подобные вспышки численности гусениц сказываются на деревьях, листьями которых они питаются. Они обнаружили, что степень повреждения листьев у белых дубов в 2021 году была значительно выше по сравнению с 2020 и 2022 годами (которые, в свою очередь, не отличались друг от друга по этому показателю). По словам авторов, это первое свидетельство того, что массовое появление цикад может резко изменить кормовое поведение птиц на значительной площади (ареал выводка X составляет около 500000 квадратных километров) и оставить деревья практически без защиты от листоядных насекомых. Высока вероятность, что экологические последствия от выхода периодических цикад на этом не заканчиваются — например, не исключено, что поврежденные дубы впоследствии производят меньше желудей. Таким образом, можно сказать, что периодические цикады своим появлением временно нарушают пищевые сети в лесах Северной Америки, трансформируя поток энергии и воздействуя сразу на несколько трофических уровней.

Несколько лет назад зоологи выяснили, что для японских многоножек Parafontaria laminata armigera характерны жизненные циклы продолжительностью восемь лет. Подобно периодическим цикадам, личинки этих членистоногих проводят большую часть жизни под землей, а достигнув семилетнего возраста, в осенние месяцы выбираются на поверхность для спаривания. Следующим летом они откладывают яйца и погибают. Порой на поверхности одновременно оказывается так много многоножек, что они останавливают движение поездов.