掠食者的关键作用:生态学的新观点

科学家最近开始了解顶级掠食者在生态系统中所起的至关重要作用,以及消除这些捕食者时会产生的深远影响。现在,研究人员引用了新的证据,这些证据表明食物链顶部的狮子,狼,鲨鱼和其他生物的重要性。

在尼尼瓦的北宫殿中发现,描绘了最后一位亚述国王阿什巴尼帕尔的皇家狮子狩猎的石板与任何视频游戏一样暴力:一只雌狮颠倒过来,从她的背部和腹部突出。在她的下面,一个男性向后往后,箭刺了他的鼻腔通道,而另一位男性则将后肢拖到身后。从国王的战车中,服务员驾驶长矛穿过另一个胸部。

面板已经有两千年的历史了,他们讲的故事快结束了。在非洲,狮子的数量在过去十年中急剧下降,至23,000。老虎接近灭绝。Earlier this year, a mountain lion walked 1,800 miles from the Black Hills of South Dakota to the East Coast — one of the world’s longest recorded journey by a land mammal — only to be killed by a sport utility vehicle near Milford, Connecticut, 50 miles from New York City.

捕食专家越来越相信生态系统是从顶部统治的。

正如世界狮子,老虎和熊在全球范围内消失一样,科学的共识也出现了,它们对生态系统的功能至关重要,对较小的捕食者,猎物和植物世界施加控制。对捕食的研究 - 自然界中所谓的“自上而下”力量 - 始终是生态学的传统焦点的弱点,该焦点认为,生命的基础是植物从阳光中捕获能量的自下而上的过程中的基础。尽管没有人提出光合作用和营养自行车的重要性,但捕食专家越来越相信生态系统是从顶部统治的。

从水生实验开始,它们已经积累了大量证据表明,通过清除捕食者对食物链造成的损害,并将此类研究扩展到陆地:捕食可能比自下而上的力如此,即使不是更多。有一本全面的新书(营养级联) 和一个主要的科学评论于今年夏天发布,这些专家表明,我们对掠食者的迫害威胁着生产食物,持有人类和人畜共患疾病的海洋和陆地生态系统,并稳定气候。

作者认为,使用诸如“深焦虑”和“严重关注”的术语来发出警报,辩称,大型动物,尤其是Apex掠食者的丧失构成了人类对环境的“最普遍的影响”。他们认为,这是支持地球上生命的系统的“全球斩首”。

这些几乎不是新想法:这两个出版物都在研究掠食者的力量数十年的工作。Charles Elton, an Oxford ecologist, first conceptualized food webs in the 1920s, speculating that wolf removal would unleash hordes of deer, a notion that weighed on Aldo Leopold’s mind as he compared the consequences of wolf-extirpation in German forests to still-thriving, intact systems in Mexico’s Sierra Madre Mountains.

黄石狼
美国鱼类和野生动植物
狼返回黄石证明,可以恢复对陆地食物网的损害。

这些见解引起了1960年代的“绿色世界”假设,该假设认为植物占上风,因为捕食者将食草动物受到控制。深刻的食物链效应(由添加或去除顶级物种引起)现在被称为“营养级联”。在1966年经典的实验中,生物学家罗伯特·潘恩(Robert Paine)删除了紫色的seastar,Pisaster Ochraceus- 华盛顿州海岸线的狂热贻贝喂养器。他们的捕食者消失了,贻贝在堪萨斯州像玉米一样发芽,拥挤藻类,chit和毛绒,用单一文化代替生物多样性。188金博网注册就送188

证实证据乘以。不到十年后Pisaster海洋生态学家詹姆斯·埃斯特斯(James Estes)和约翰·帕尔米斯诺(John Palmisano造成了阿留申群岛周围海带森林的崩溃。当猫离开时,猎物(海胆)露出了储蓄器。当水獭返回时,他们调节了海胆,允许生物多样性海带群落“茂盛”。在较远的海洋周围,哺乳动物没有重新建立自己的海洋,“顽童”仍然存在。

科学今年夏天的评论和其他最近的研究强调了其他海洋系统中级联反应的成本。东部沿海沿岸的大鲨鱼的灭绝导致射线爆发和一个百年历史的扇贝渔业的崩溃,随着鲨鱼种群在全球范围内崩溃,未来的瞥见。过度捕捞鳕鱼是龙虾和海胆的顶级捕食者,颠覆了北大西洋沿海,在缅因州湾产生了超丰富的龙虾和一个市场过多,以及在新斯科舍省附近的顽童繁荣时期,胆管已定期被疾病消灭。

然而,随着水生系统的数据增殖,怀疑论者表明,自上而下的力量可能是“全部湿的” - 仅限于海洋或淡水系统,并且缺乏陆地系统中级联的证据。

那个证据在哪里?设计实验以揭示在大型阶段和长时间内的陆地上的级联反应似乎几乎是不可能的。如此多的生态系统已经无法弥补,因此与捕食者相关的作用(包括对食物链造成的损害,所谓的“营养降级”)无法确定地测量。长期试验挑逗掠食者和其他物种之间的广泛相互作用,承诺将是笨拙且昂贵的。

一位科学家说:“如果我们想要一个健康的生态系统,我们必须注意捕食者的福祉。”

尽管如此,令人震惊的启示继续出现。在1980年代由大坝建造的委内瑞拉山谷中,杜克大学生态学家约翰·特伯格(John Terborgh)和他的学生记录了困扰着拉戈古里(Lago Guri)“岛屿”的奇怪扰动。顶级捕食者 - 美洲虎,山狮,哈皮鹰 - 逃离的水域。由于其数字飙升,他们食用的植物变得生气了,因此失控了,他们在自卫中增加了毒素。一些岛屿被刺穿荆棘,因为木叶蚂蚁没有被盔甲或其他掠食者避免 - 通过将每一叶降落到巢穴中,从而饿死了养分的土壤。

1995年,当黄石国家公园给俄勒冈州立大学主任威廉·波普尔(William Ripple)时,陆地营地获得了非凡的恩赐营养级联计划,有机会在行动中学习自上而下的强迫。Ripple watched in amazement as the wolf’s return to Yellowstone — an ecosystem where elk had had the browse of the place for 75 years — gave willow and other trees the chance to take hold along stream banks, cooling water temperatures for trout and encouraging the return of beaver, whose ponds host long-absent amphibians and songbirds. Yellowstone proved that damage to a terrestrial food web could be reversed and an ecosystem restored with the return of a single species. It is a sobering lesson for the eastern U.S., where the explosion of white-tailed deer has eradicated hemlock, a keystone species in once-biodiverse hardwood forests.

然而,尽管有这样的发展,但营养级联的研究人员对确保金钱和手段进行了检查捕食者在土地上的长期试验中审查捕食者的手段感到绝望。有些人通过采用更易于管理的草地大小规模来处理收缩。在三年的实验中,生态学家奥斯瓦尔德·施密茨(Oswald Schmitz)耶鲁大学林业与环境研究学院发现,即使是最小的捕食者(蜘蛛),对植物的自上而下影响也比自下而上的因素产生了更大的自上而下影响。捕食类型(主动狩猎与伏击狩猎)也似乎是结果的,影响了植物群落和氮水平的组成。狩猎积极降低蚱hopper密度的蜘蛛,使草和金色可以主导其他植物并增加可用的氮。伏击狩猎具有相反的效果,迫使蚱hoppers宁愿以草为食,避开戈德罗德(Goldenrod),产生了更多样化的植物群落和较少的氮。施密茨在一起说:“捕食者的功能作用的丰富性对于保护变得重要。”

一位专家说:“植物受到饮食的影响的想法并没有得到广泛赞赏。”

Estes和Terborgh,编辑营养级联,质疑蜘蛛和蚱hoppers是否会“说服任何人,逆戟鲸,大鲨鱼,狼,老虎和美洲虎很重要”。但是施密茨(Schmitz科学纸 - 世界是由捕食者和营养所驱动的。如果我们想要一个健康的生态系统,我们必须关注他们的健康和福祉。仅仅因为我们想要更多的猎物,或者因为我们认为它们很重要而被误导了。”

确实,科学Review将营养案例压入新领域,扩大了掠夺对人类健康的影响。加纳的狮子和豹种群减少导致橄榄狒狒的爆炸。这样的“中间人”的释放 - 中型食肉动物,例如猫或浣熊,这些食肉动物在没有控制的情况下猖ramp,在当地村庄周围造成了严重破坏,狒狒袭击了牲畜,损害农作物,并将肠道寄生虫传播给人口。

在里面科学论文,作者呼吁“生态学的范式转变”。他们认为,科学家和土地经理必须采用自上而下的强迫作为给定的“如果有任何真正的希望理解和管理自然运作的希望”。

营养级联,Terborgh和Estes走得更远,批评国家科学机构未能资助陆地系统中的捕食者的研究,指责他们坚持旧观点和“延迟进步”,而生态系统受到破坏。埃斯特斯淡淡地说:“植物受到食用的东西的影响,尚未得到广泛赞赏。”

但是国家科学基金会的计划主任艾伦·詹姆斯·泰西尔(Alan James Tessier)环境生物学部不同意,声称该机构已经为自上而下的流程提供了很多研究。泰西尔说:“只谈论自上而下或自下而上的控制是荒谬的。”“两者一直在发生。”

在科学中,如果不否认和解雇,新思想被正确地遇到了怀疑主义。但是,随着捕食者损失的后果变得越来越可衡量和可预测,他们隐含地要求对我们的古代敌人进行重新评估。Estes和任何科学家一样不愿意参加狼战争,但他的挫败感很明显。他说:“那不是我们应该表现为一种物种的方式。”