Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Т. Дамур
«Мир по Эйнштейну». Глава из книги


Л. Франк
«Мой неповторимый геном». Глава из книги


В. Винниченко
Почему дельфины никогда не спят?



В память о Леониде Вениаминовиче Келдыше (07.04.1931–11.11.2016)


Н. Жизан
«Квантовая случайность». Глава из книги


Интервью с С. Ландо
Сергей Ландо: «Прорывы в математике плохо предсказуемы»


В. Гаврилов
Загадка зарянки


А. Левин
Астрономия темного


В. Мацарский
Бодался Чандра с сэром Артуром


О. Макаров
Секрет разделения







Главная / Новости науки версия для печати

Голоценовые биосообщества изменились после расселения человека по Земле


Рис. 1. Плейстоценовое биосообщество

Рис. 1. Плейстоценовые сообщества кардинально отличались от современных голоценовых не только по своему облику и разнообразию, но и по своей структуре. Фото с сайта fossilsandshit.com

Экологи, рассчитав показатель видовой сопряженности биосообществ для разных временных интервалов от каменноугольного периода до современности, продемонстрировали существование сдвига в структуре сообществ в голоцене. Они показали, что до голоцена в сообществах доминировали положительные связи между видами — виды имели тенденцию к сосуществованию. В течение голоцена и до настоящего времени выявляется тенденция к отрицательным связям: видовые пары стремятся к разобщенному существованию в разных комплексах. В целом до голоценового времени доля положительных связей составляла 73%, а если взять только последние 10 тысяч лет, то она составляет всего около 40%. Этот сдвиг ученые связывают с деятельностью человека. В работе продемонстрирован хороший потенциал для применения показателя видовой сопряженности для изучения палеосообществ, хотя с методической точки зрения работа небезупречна.

Группа ученых, представляющих 24 научные лаборатории из США, Финляндии, Дании, Китая, Австралии и ЮАР, под руководством Кэтлин Лайонз (S. Kathleen Lyons) из Национального музея естественной истории (Вашингтон) предприняла попытку сравнить в целом структуру ископаемых и современных биологических сообществ (исключая микробные сообщества). Казалось бы, задача неподъемная. Ископаемые сообщества — это весь животный и растительный мир за всю свою историю, а структура современных сообществ — это сфера знаний всей современной экологии. И тем не менее ученые взялись за эту задачу.

Чтобы как-то сузить до разумных пределов количество информации, они выделили несколько временных отрезков на протяжении фанерозоя и ограниченный ряд ископаемых коллекций — всего 80 коллекций. Примеры комплексов растений и пыльцы были взяты из каменноугольных отложений (возраст 300–245 млн лет, местонахождения Ближнего Востока, Северной Америки, Африки), флористические комплексы относились к концу мелового периода и палеогену (возрастом 73 млн лет и 66–55 млн лет соответственно, местонахождения Северной Америки), а комплексы «современных» макрорастений и их пыльцы имели возраст от 21 000 лет и меньше (и тоже были из Северной Америки).

Кроме растительных комплексов рассматривались ассоциации крупных млекопитающих. Естественно, каменноугольных млекопитающих быть не могло, зато были представлены комплексы крупных млекопитающих из местонахождений неогена возрастом от 21,4 млн лет и до современности. Ученые оперировали данными из местонахождений Африки, Евразии и Северной Америки, но при этом современность была представлена только данными по Северной Америке.

В качестве параметра, характеризующего структуру сообществ, был выбран показатель парных корреляций (или сопряженность; см. описание в статье N. J. Gotelli et al., 2015. Co-occurrence Analysis). Он рассчитывается по формуле:

\[ C_{ij} = \dfrac{(R_i - D)(R_j-D)}{R_iR_j}, \]

где Ri, Rj — число местонахождений, в которых встречаются виды i и j, а D — число местонахождений, в которых встречаются оба вида одновременно. Он, по сути, показывает, насколько часто встречаются вместе два выбранных вида. Этот показатель характеризует совместную встречаемость двух видов (она равна 1 − Cij): если в нескольких выборках определенного временного интервала каждый раз находятся оба вида, то их совместная встречаемость оценивается в 1, а если, наоборот, они не встречаются вместе никогда, то их совместная встречаемость будет равна 0.

Сопряженность видов в природных комплексах отражает степень взаимосвязи видов в сообществах. Если доминирует конкуренция за ресурсы, за территорию или слишком сильный хищнический пресс, то два вида вряд ли уживутся вместе: их сопряженность будет стремиться к 0. Это отрицательная связь между видами (сегрегация, как называют этот вариант видовой сопряженности авторы работы). Если же два вида имеют те или иные выгоды от совместного существования, то такая пара будет встречаться на одной территории: ее положительная скоррелированность (агрегация) окажется высокой.

Поэтому, оценив параметр парной сопряженности, можно получить количественную базу для обсуждения уровня связности видов в сообществе. Если сопряженность отсутствует, то структура сообществ рыхлая: это будут скорее не сообщества в их классическом, экологическом, понимании, а ассоциации видов. Если же сопряженность обнаруживается, то важно учитывать ее направленность — положительную (агрегацию) или отрицательную (сегрегацию). Естественно, как в любой касающейся массового материала работе, ученые рассматривали только статистически значимые результаты расчетов.

Что же показали расчеты этого параметра? Как изменялась сопряженность видов в комплексах? Результаты приведены на рис. 2. Вообще, статистически значимо сопряженных видов (с положительной или отрицательной направленностью) для ископаемых комплексов нашлось весьма немного — не больше 13% по всем выборкам (для большинства — 1–2 пары видов, в 18 коллекциях из 80 не нашлось ни одной скоррелированной пары). Из них большинство (73%) были положительные — то есть пара видов имела тенденцию к совместному нахождению. В 27% сопряженных пар видна тенденция к избеганию друг друга. Для современных сообществ, как подчеркивают авторы работы, доля сегрегированных видов, избегающих друг друга, существенно более высокая — 58%, а доля тяготеющих друг к другу, соответственно, ниже — 42%.

Рис. 2. Доля агрегированных видовых пар

Рис. 2. Доля агрегированных видовых пар (связанных положительно друг с другом) по отношению к общему числу сопряженных пар от каменноугольного периода до современности. По горизонтальной оси отложено время (в логарифмическом масштабе). Цветами обозначены данные с разных континентов: зеленый цвет — Северная Америка, фиолетовый — Европа и Ближний Восток, оранжевый — Африка, синий — Австралия. Кружками показана пыльца, квадратиками — макрофлора, треугольниками — млекопитающие, ромбами — данные по современным сообществам (из статьи N. J. Gotelli, W. Ulrich, 2010. The empirical Bayes approach as a tool to identify non-random species associations). Серая полоса — 95-процентный доверительный интервал для всех данных. Вертикальная пунктирная линия указывает на перелом тренда примерно 6000 лет назад: видно, что «ископаемые» сообщества демонстрируют тенденцию к агрегации (синий профиль в левой части графика), а «современные» — к сегрегации (красный профиль в правой части графика). Стрелки сверху указывают моменты биотических кризисов: пермско-триасового массового вымирания (P–T), мел-палеогенового вымирания (K–PG) и палеоцен-эоценового термального максимума (PETM); на логарифмической шкале они оказываются очень близко друг к другу. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Собственно, именно эти два числа — 73% для фанерозоя и 42% для современности — и являются ключевым результатом этой работы. Иными словами, для фанерозойских сообществ чаще выявляются положительные связи, а для современных — отрицательные. Этот перелом, судя по имеющимся данным, наметился в середине голоцена (11 000 лет назад). Авторы работы связывают этот экологический перелом с широким распространением человека, увеличением его численности и переходу от охоты и собирательства к земледелию и скотоводству.

Рассуждая об антропогенном влиянии на биосферу, очень удобно иметь один ясный параметр, характеризующий изменение сообществ. Можно не вдаваться в экспертные тонкости — какие виды вымирали, где, сколько и по каким причинам. Важно, что с распространением человека сообщества по всей планете стали качественно другими. Именно такой параметр и дается публике в данной статье.

Насколько этот параметр бесспорен, можно ли при необходимости козырнуть им в серьезной научной дискуссии? Вероятно, у специалистов будет ряд вопросов и к интерпретации, и к методике его получения. Многие зададутся вопросом, можно ли рассматривать вместе данные по крупным животным, растениям и пыльце? Всё же флористические комплексы и фауна крупных млекопитающих имеют разную организацию. Оправдано ли сравнение данных по растениям, если для карбона анализировались данные только из тропических палеообластей, а для современности — по всей Северной Америке? Обосновано ли сравнение данных по млекопитающим неогена с трех континентов с современными данными только по Северной Америке?

Стоит серьезно задуматься, насколько, с методической точки зрения, смазывает картину экологической структурированности усреднение комплексов на больших временных интервалах и сравнение усредненных данных с мгновенным срезом современности. Так, для африканских плейстоценовых комплексов млекопитающих (возрастом 1,36 млн лет) сравнивались и усреднялись ассоциации животных из временного интервала в 200 000 лет. Понятно, что за это время любое сообщество скорее всего, в силу разных причин, сильно трансформируется, так что его начальное состояние не будет похоже на конечное. Для североамериканских карбоновых местонахождений усреднялись и сравнивались растительные комплексы из временных интервалов от тысячи до 16 млн лет. Такой временной разброс настораживает: если за тысячу лет не могло произойти слишком уж серьезных сдвигов, то за 16 миллионов лет они точно произошли.

Авторы работы рассмотрели отношение агрегированных и сегрегированных видовых пар в зависимости от временного интервала каждой выборки (а также в зависимости от усреднения по площадям). И получили отсутствие зависимости во всех случаях (рис. 3): значит, подобное усреднение не влияет на результат оценок взаимосвязанности сообществ. Эти последние рассуждения, по-видимому, убедили рецензентов Nature, имеющих репутацию сверхжестких критиков.

Рис. 3. Доля положительно связанных видов в зависимости от величины временного усреднения выборок

Рис. 3. Доля положительно связанных видов в зависимости от величины временного усреднения выборок: видимой (и статистической) зависимости не выявляется. Обозначения такие же, как на рис. 2. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Убедят ли эти рассуждения взыскательных читателей «Элементов»? Вне зависимости от явно небесспорного выбора данных для анализа, выбор экологического показателя — сопряженность видов — интересен. Этот показатель сейчас только начинает входить в широкий научный обиход и, по-видимому, является мощным исследовательским инструментом. Его применение для ископаемых сообществ только начинается.

Источник: S. Kathleen Lyons et al. Holocene shifts in the assembly of plant and animal communities implicate human impacts // Nature. 2016. V. 529. P. 80–83.

Елена Наймарк


Комментарии (17)



Последние новости: ЭкологияЕлена Наймарк

07.12
Мальки рыб в океане держатся родственными стайками
01.12
Иммунный статус макак зависит от социального
23.11
Численность и генетическое разнообразие китовых акул измерили по пробам воды
16.11
За «боязнь» щекотки у крыс отвечает соматосенсорная кора
11.11
Из-за засухи в Африке луговые луни позже возвращаются в Европу
10.11
Нейропротез вернул парализованным макакам-резусам способность ходить
08.11
Многие беспозвоночные, подобно млекопитающим, вынашивают и выкармливают свое потомство
07.11
Узкая пищевая специализация бывает эволюционно невыгодной
31.10
Шмели перенимают новые знания от товарищей
28.10
Арктические хищники способны переключаться на альтернативные источники питания

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Индикатор», «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия