Răspunsuri trofice divergente ale speciilor de pinguini simpatrici la exploatarea antropică istorică și

  • Găsiți acest autor pe Google Scholar
  • Găsiți acest autor pe PubMed
  • Căutați acest autor pe acest site
  • Record ORCID pentru Michael J. Polito
  • Pentru corespondență: [email protected]

Editat de Nils C. Stenseth, Universitatea din Oslo, Oslo, Norvegia și aprobat pe 4 noiembrie 2019 (primit pentru revizuire 30 iulie 2019)

divergente

Semnificaţie

Dezvăluim schimbări specifice speciilor în răspunsurile trofice ale pinguinilor la schimbările istorice ale disponibilității krilului în ultimul secol prin aplicarea unor noi tehnici de izotop molecular la exemplarele istorice ale muzeului pinguinilor. Pinguinii gentoo care se hrăneau în general, a căror populație a crescut de 6 ori în ultimii 40 de ani, au arătat schimbări adaptative în poziția trofică în concordanță cu schimbările în disponibilitatea krilului din Antarctica în urma exploatării istorice a mamiferelor marine și a schimbărilor climatice recente. În schimb, pinguinii cu bărbii au menținut o dietă consistentă cu krill, în ciuda modificărilor în disponibilitatea krilului și a scăderii concomitente a populației. Aceste rezultate evidențiază modul în care răspunsurile la schimbările de mediu comune pot varia substanțial între speciile strâns legate, susținând teoria ecologică a nișei conform căreia specialiștii vor fi mai sensibili la schimbările de mediu decât omologii lor generaliști.

Abstract

Răspunsurile ecologice la schimbările de mediu comune pot varia substanțial între specii, chiar și cele care sunt strâns legate (1 ⇓ ⇓ –4). Înțelegerea răspunsurilor specifice speciilor la schimbările de mediu este esențială pentru prezicerea rezistenței și adaptarea speciilor la perturbări asociate cu schimbările climatice sau interacțiunile om-mediu. Nișa ecologică a unei specii, definită ca un hipervolum multidimensional care include axe legate de dinamica trofică, utilizarea habitatului și alte cerințe ale istoriei vieții (5, 6), poate fi un predictor cheie al răspunsurilor speciilor la schimbările din mediul lor (1, 7). De exemplu, speciile specializate folosesc o fereastră îngustă de resurse și se crede că sunt extrem de sensibile la schimbările de mediu (8, 9). În schimb, speciile generaliste au o utilizare largă sau flexibilă a resurselor și se prezice a fi mai rezistente la perturbări și/sau modificări ale disponibilității resurselor asociate cu schimbările de mediu (7, 10).

Șoferii disponibilității krilului în regiunea Peninsulei Antarctice. (A) Un rezumat conceptual al perturbațiilor istorice și recente ale ecosistemului din regiunea Peninsulei Antarctice și implicația lor ipotetică pentru disponibilitatea krilului antarctic la pinguinii din genul Pygoscelis, inclusiv (B) chinstrap (P. antarctica) și (C) gentoo ( P. papua) pinguini. (A) Adaptat cu permisiunea ref. 20.

Supraexploatarea secvențială a focilor, a balenelor și a peștilor de la începutul secolului al XIX-lea până la mijlocul secolului al XX-lea (12, 21, 22) se presupune că ar fi avut ca rezultat un surplus de kril din Antarctica disponibil pentru restul prădătorilor de kril, cum ar fi pinguinii Pygoscelis (23 ⇓ –25). De exemplu, îndepărtarea numai a balenelor la mijlocul secolului al XX-lea se calculează că a dus la un surplus de krill de 150 milioane tone metrice anual (21, 23). Cu toate acestea, în ultimii 70 de ani, schimbările climatice regionale, inclusiv încălzirea oceanelor, scăderea gheții marine și acidificarea oceanelor, au acționat împreună pentru a avea un impact negativ asupra abundenței, distribuției și recrutării krilului (26 ⇓ ⇓ –29), deși ref. 30 ⇓ –32. Recuperarea recentă a populațiilor de balene și foci (33, 34) și o creștere a pescuitului de krill din Antarctica (35) au scăzut probabil și mai mult surplusul anterior de kril și au crescut concurența între prădătorii de kril din Oceanul de Sud, inclusiv pinguinii (Fig. 1).

Pentru a testa aceste ipoteze, am analizat valorile izotopului de azot stabil specific compusului aminoacizilor individuali (AA) în penele arhivate de pinguini pentru a reconstrui ciclul azotului rețelei alimentare de bază și pozițiile trofice ale pinguinilor în timp. Valoarea sursei AA fenilalanină value 15 N (δ 15 NPhe) prezintă o discriminare trofică minimă, oferind un proxy pentru semnătura izotopică a ciclului azotului la baza rețelei alimentare, în timp ce valoarea trofică a acidului glutamic AA δ 15 N) prezintă o valoare trofică puternică discriminare [revizuită în McMahon și McCarthy (36)]. Împreună, aceste AA fracționate diferențial oferă o măsură a poziției trofice (TP) care este indexată intern la valoarea izotopului azotului bazei de rețea alimentară (36). Această abordare este deosebit de valoroasă pentru examinarea ciclismului biogeochimic și a dinamicii trofice într-un context istoric atunci când este dificil, dacă nu imposibil, să caracterizeze a priori linia de bază izotopică a ecosistemelor din trecut.

Rezultate si discutii

Am identificat răspunsuri trofice divergente la două păsări marine congenere, simpatric-predatoare de kril, în timpul a aproape 100 de ani de schimbare de mediu comună în regiunea Peninsulei Antarctice. În secolul trecut, pinguinii gentoo au crescut o poziție trofică completă, trecând de la o dietă aproape exclusivă de krill în anii 1930 la o dietă cu o pradă de nivel trofic superior semnificativ mai mare, probabil pești și calamari, în sistemul modern. În același timp, linia de bază a izotopului de azot care susține rețeaua alimentară a pinguinilor gentoo a crescut, sugerând că pinguinii gentoo s-au mutat de la offshore la furajarea în țărm în ultimii 60 de ani și/sau a existat o creștere a productivității de coastă. În contrast, pinguinii cu chinstrap nu au arătat nicio schimbare în dinamica trofică în ultimul secol, indicativ al unei hrăniri consistente offshore pe krill, în ciuda recesului scăzut al disponibilității krilului. Momentul și direcția acestor răspunsuri trofice divergente susțin ipoteza surplusului de krill și evidențiază și mai mult sensibilitatea populațiilor specializate de pinguini cu coadă la forțări antropice și climatice care determină modificări ale disponibilității krilului în regiunea peninsulei Antarctice.