Сибирские и московские исследователи
определили, чем питаются основные беспозвоночные хищники лесостепной
экосистемы: пауки и жуки-жужелицы, с помощью метода анализа стабильных изотопов
углерода и азота. Результаты работы, которые поставили перед биологами много
загадок, опубликованы в журнале Diversity.
Степь, июль. Место в окрестностях
полевой экспедиционной базы ИСиЭЖ СО РАН (Карасук), где проводилось
исследование.
Пауки и жужелицы относятся к герпетобионтам –
беспозвоночным, обитающим на поверхности почвы. Среди них много хищников,
которые соединяют подземные и наземные пищевые цепи в единую сеть и регулируют
численность почвенной фауны и обитателей растений. Эти хищники многочисленны,
разнообразны и очень важны для функционирования экосистем. В частности,
герпетобионты контролируют обилие насекомых-вредителей.
Жужелица из рода Карабус.
Установить рацион пауков и жужелиц в Новосибирской
области решили ученые Института систематики и экологии животных СО РАН и
Института почвоведения и агрохимии СО РАН совместно с коллегами из Института
проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН (Москва). Для этого они
применили метод с использованием стабильных изотопов.
«Около 30 лет назад обнаружилось, что
соотношения стабильных изотопов углерода (12C/13C) и
азота (14N/15N), содержащихся в тканях организма, могут
рассказать об особенностях его питания. Чем выше по уровню в пищевой цепочке
расположено то или иное животное, тем больше у него изотопа тяжелого азота. По
количеству тяжелого углерода можно определить источник пищи животного:
потребляет ли оно преимущественно наземные, почвенные или водные организмы и
так далее», – рассказывает старший научный сотрудник Института систематики и
экологии животных СО РАН кандидат биологических наук Илья Игоревич
Любечанский.
Множество герпетобионтных хищников можно разделить
на несколько групп. Хищники первого порядка едят фитофагов – насекомых,
потребляющих растения. Хищники второго порядка питаются другими хищниками, их
называют участниками пастбищной пищевой цепи. Третья группа – хищники, которые
предпочитают сапрофагов, потребляющих мертвое органическое вещество. Это
участники детритной пищевой цепи.
Паук-волк из рода Алопекоза: самка с
паучатами.
«Изотопный анализ позволяет
визуализировать экологическую нишу – „профессию вида”, у которой есть
математическое выражение. Можно представить себе экологическое сообщество как
ящик с мягкими шарами. Шары – это ниши того или иного вида, и они находятся в
некотором объеме. Так как у ящика подвижные стенки, этот объем может
увеличиваться (если в экосистеме много ресурсов) или сокращаться. Благодаря
изотопному методу в пространстве азота и углерода можно увидеть взаимное
расположение этих ниш», – объясняет Илья Любечанский.
Ученые исследовали содержание стабильных изотопов
углерода и азота в почве, в растениях, растительном опаде, некоторых самых
распространенных в экосистеме фитофагах и хищниках: жуках-жужелицах и пауках.
Работа проводилась близ стационара ИСиЭЖ СО РАН в Карасуке. Биологи выбрали
колок (небольшой лесок), где заложили три площадки: в середине колка, на его
опушке – на краю между лесом и степью, и на степном участке. Ученые ИСиЭЖ СО
РАН и ИПА СО РАН отбирали пробы, которые затем исследовались на
масс-спектрометре Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова
РАН.
«Мы проанализировали 16 видов
жуков-жужелиц и 17 видов пауков. Разные виды жужелиц отличаются по содержанию
тяжелого азота, что свидетельствует о широком спектре экологических ниш,
соответствующем двум или трем трофическим уровням (фитофаги-семенояды, хищники
первого и второго порядка). Жужелицы родов Амара и Гарпалюс, в рацион которых
входят семена растений, показали минимальное содержание тяжелого азота.
Изотопный состав углерода жужелиц говорит о том, что большинство их хищных
видов являются участниками пастбищной пищевой цепи, то есть питаются
фитофагами, – рассказывает Илья Любечанский. – По сравнению с
жужелицами, пауки показали повышенные значения содержания тяжелого азота,
лежащие в очень узком диапазоне. Причем изотопная ниша, занимаемая пауками,
почти не перекрывается с таковой у жужелиц. Пауки, по-видимому, более тесно
связаны с детритными пищевыми цепями. Таким образом, полученные данные
свидетельствуют о значительной разнице в трофических нишах основных
хищников-универсалов, жужелиц и пауков, которая наблюдалась как в лесных, так и
в степных местообитаниях Западно-Сибирской лесостепи».
Биологи рассчитывали увидеть разницу в трофических
предпочтениях лесных и степных жителей. Ожидалось, что в лесу окажется больше
участников детритной пищевой цепи, а в степи, наоборот, будет больше работать
пастбищная. Но результаты показали нечто неожиданное. Оказалось, лесные
сообщества менее обогащены тяжелым углеродом, чем степные.
«Похоже, это связано с тем, что в
условиях тени обогащение углеродом у растений происходит немного медленнее, что
согласуется с известными данными», – отмечает Илья Любечанский.
Кроме того, исследование выявило еще одну интересную
загадку. Она связана с жужелицей, занесенной в Красную книгу Новосибирской
области: красотелом пахучим, который питается гусеницами непарного шелкопряда.
Ученые определили изотопный состав жужелицы и выяснили, что она очень сильно
обогащена тяжелым азотом – так, будто каждую гусеницу шелкопряда съедает
дважды.
«Обычно при переходе с уровня на уровень
обогащение происходит примерно на 5 единиц, а у красотела пахучего – до 12. В
то же время по источнику углерода он расположен строго над гусеницами
шелкопряда, то есть это его единственное питание (в отличие от разных других
жужелиц, в рацион которых входят обитатели травы, почвы и даже семена)», –
говорит Илья Любечанский.
Изотопный состав (значения 13С
и 15N) почвы (Soils), растений (Plants), подстилки (Litter) и
основных трофических и таксономических групп членистоногих в лесных (вверху) и
степных (внизу) экосистемах. Рисунок из статьи в Diversity.
Возможно, это связано с особенностями метаболизма
красотела пахучего, но феномен требует дополнительных исследований.
Другую загадку поставил перед учеными один из самых
массовых видов потенциальных жертв хищников – кузнечик скачок Резеля. Он
оказался очень сильно обогащен тяжелым углеродом. Его трофическая ниша
расположена не там, где находятся ниши большинства фитофагов, и ученые не
смогли определить, чем этот кузнечик питается. Это также может быть связано с
метаболизмом кузнечика и тоже нуждается в дальнейшем изучении.
Диана Хомякова.
Фото Галины Азаркиной, Ильи Любечанского.
Источник: газета Сибирского отделения
Российской академии наук
«Наука в Сибири»,
выпуск № 23 (3384) от 8 июня 2023 года.