Дослідження географічних відмінностей в раціоні американської норки виявляє зміни в ізотопному складі потенційної здобичі норки

Анотація

Вступ

Ізотопні дослідження раціону хижаків, що проводяться у великих географічних масштабах, часто припускають, що ізотопний склад здобичі схожий між сайтами, і що ізотопний склад здобичі з одного місця може бути використаний для аналізу дієти хижаків на всіх досліджуваних ділянках (Adams et al. 2010). Однак ізотопний склад здобичі може змінюватися залежно від простору та часу. Більше того, просторові та часові зміни в ізотопному складі здобичі можуть відрізнятися у різних видів здобичі. Ізотопний склад тканини тварини відображає ізотопний склад її раціону, але при більш високих трофічних рівнях спостерігається збільшення значення δ як для 13 C, так і для 15 N (Gannes et al. 1997). Це збільшення, зване фактором трофічної дискримінації (TDF), може змінюватися залежно від досліджуваних видів, тканини та типу їжі. Вказівка величини TDF необхідна для виконання надійних моделей змішування.

Аналіз стабільного ізотопу виявився корисним для визначення дієти американської норки. Однак ці результати використовувались лише для визначення трофічної довжини ланцюга для забруднення важкими металами (Lake et al. 2007), вивчення розповсюдження норки (Hammershøj et al. 2005) та оцінки методів управління (Bodey et al. 2009). Аналіз стабільного ізотопу також використовувався для вивчення сезонних змін харчових звичок американської норки в її місцевому ареалі (Ben-David et al. 1997), але не використовувався для порівняння раціону норки, що населяє різні місця проживання та райони в її інвазійний ареал в Європі. Цілі цього дослідження полягали в наступному: (а) порівняти раціон норки в чотирьох різних річкових середовищах проживання на півночі Польщі за допомогою аналізу стабільних ізотопів; (b) шукати відмінності у харчуванні самки та самки норки; (c) для порівняння ізотопного розподілу на три потенційні здобичі норки (риби, земноводні та ссавці), що трапляються в чотирьох обраних річкових місцях проживання. Ми також оцінили, як варіація ізотопного складу видобутку серед місць дослідження може потенційно вплинути на аналіз дієти американської норки.

Матеріали і методи

Збір зразків

Всі зразки, використані для ізотопного аналізу диких тварин, були зібрані в чотирьох національних парках та їх околицях: NP Warta Mouth (WMNP) (52 ° 36 ′ пн.ш. 14 ° 46 ′ сх. Д.), NP Drawa (DNP) (53 ° 07 ′ пн. 15 ° 59 ′ сх. Д.), Бебжанська НП (BNP) (53 ° 28 ′ пн.ш. 22 ° 38 ′ сх.д.) та Наревська НП (NNP) (53 ° 04 ′ с.ш. 22 ° 50 ′ сх.д.). Два національних парки, WMNP і DNP, розташовані на північному заході Польщі, тоді як два інших, BNP і NNP, знаходяться на північному сході Польщі (рис. 1). Усі ці національні парки охороняють річки та річкові долини (назви національних парків відповідають назвам річок).

Розташування навчальних місць у Польщі

Досліджувані райони в Бебзі та НП Нарев знаходяться приблизно на відстані 50 км один від одного і мають схожі місця проживання: низина, звивисті річки з повільною течією та широкі очеретяні русла. Оскільки Бебжа є притокою Нарева, норки постійно мігрують між цими двома досліджуваними районами (неопубліковані дані А. Залевського). Територія дослідження в ЗМН покрита болотами. Рівень води змінюється протягом року до 4 м, перетворюючи територію на сезонне озеро на початку весни. Хоча річка Драва в ДНП розташована на рівнинах, вона має швидку течію і протікає глибокою лісистою долиною. Територія дослідження в цьому національному парку також охоплює групу льодовикових озер.

Норка була вивезена з національних парків в рамках програми контролю за інвазивними видами, яку проводили працівники національних парків (в рамках програми LIFE + «Польщі, важливі для птахів»). Полонених тварин гуманно евтаназував ветеринарний хірург із передозуванням анестетика. Хоча було виловлено деякі неповнолітні норки, досліджувались лише дорослі особини (старші 1 року). Тушки норок заморожували і зберігали при - 20 ° C перед розтином. Норку сексу та зважували, а печінку витягували. В цілому, ізотопний склад аналізували у 83 норах, відловлених між 2009 і 2011 роками: 27 з ЗМП, 17 з ДНП, 19 з БНП та 20 з НПП. Усі норки були виловлені восени та взимку (з жовтня по березень).

Зразки риби, земноводних та ссавців були зібрані восени 2012 року. У кожній систематичній групі ми відібрали по одному виду, який відібрали в околицях (до 5 км від меж національного парку) усіх чотирьох національних парків. Вони були такими: плотва Rutilus rutilus, звичайна жаба Rana temporaria, і коренева полівка Microtus oeconomus. Ми відібрали ці види, оскільки вони часто зустрічаються в раціоні норки (Jędrzejewska et al. 2001), і їх було багато в усіх місцях дослідження. Однак до них слід ставитись як до представників більших таксономічних груп: риб, земноводних та гризунів. Загалом ми зібрали 40 зразків плотви (по 10 з кожного національного парку), 39 зразків звичайних жаб (10 з трьох національних парків, 9 з BNP) та 35 зразків кореневої полівки (10 з трьох національних парків, 5 з DNP). Полову полівку гуманно евтаназували, використовуючи передозування анестетика Ізофлуран. Жаб збирали на дорогах, де під час осінньої міграції їх вбивали машини. Щоб уникнути розпаду тканин, зразки збирали двічі на день. Рибу доставляли рибалки.

Ізотопний та статистичний аналіз

Вимірювання співвідношення ізотопів проводили в Лабораторії біогеохімії та охорони навколишнього середовища Варшавського університету. Під час препарування були отримані печінка норки, а також зразки скелетних м’язів плотви, звичайної жаби та кореневої полівки. Всі тканини промивали дистильованою водою, висушували ліофілізацією і розтирали в порошок. Згодом зразки упаковували в олов'яні капсули (0,5–1 мг), піддавали термічному розкладанню в органічному елементарному аналізаторі Thermo Scientific Flash 2000 та вимірювали їх стабільний ізотопний склад за допомогою мас-спектрометра Thermo Scientific Delta V Plus з безперервним потоком співвідношення ізотопів. Ми виразили ізотопний склад через значення δ, частку на тисячу (‰) відмінностей від міжнародних стандартів: PDB (Pee Dee Belemnite) для вуглецю та атмосферний азот для азоту. Сертифіковані стандарти вимірювали для внутрішньої точності, яка перевищувала 0,2 ‰.

Різниця у вмісті ліпідів між аналізованими видами тварин може бути упередженою, оскільки ліпіди мають більш негативні значення δ 13 C, ніж вуглеводи та білки (Deniro та Epstein 1977). Для того, щоб оцінити потенційне упередження внаслідок зміни вмісту ліпідів, ми розрахували співвідношення C: N шляхом вимірювання загальної концентрації вуглецю та азоту у випадкових зразках норки та здобичі за допомогою аналізатора органічних елементів Thermo Scientific Flash 2000. Вважалося, що A C: N більше 4 має значний вплив на значення δ 13 C (Post et al. 2007) (див. Розділ Результати).

Ми не оцінювали TDF експериментально, і немає літературних даних про трофічну дискримінацію у норки. Тому ми вирішили застосувати дані інших досліджень. Оскільки ми не змогли знайти даних щодо норки та інших вусатих, ми вирішили використати TDF, представлений Ротом та Хобсоном (2000) у червоній лисиці Vulpes vulpes печінка - 0,45 ‰ для 13 C і 3,5 ‰ для 15 N ізотопів.

Результати

Середній ізотопний склад норки становив - 28,33 при δ 13 С і 14,42 при δ 15 Н (таблиця 1, рис. 2). Ми не виявили відмінностей між значеннями δ 13 C у різних районах дослідження (H (3) = 5,33, стор > 0,05). Ізотопний склад азоту різнився між досліджуваними районами (H (3) = 43,38, стор 0,05).

Середні значення δ 13 C та δ 15 N (‰) для норки та здобичі з чотирьох досліджуваних місць та SD. Значення норки коригуються для коефіцієнтів трофічної дискримінації (0,45 ‰ для δ 13 С і 3,5 ‰ δ 15 Н)

Середній ізотопний склад у полівки становив - 26,91 та 8,24 (δ 13 С та δ 15 Н відповідно), - 31,79 та 13,9 у плотви та - 26,08 та 3,97 у жаб. Різниця у видах між місцями дослідження спостерігалась переважно в δ 15 Н, причому найвищі значення як у полівки, так і у риби були в ЗМП (рис. 2, таблиця 1). У жаб значення як δ 13 C, так і δ 15 N були дуже подібними у BNP та NNP, а також у DNP та WMNP, зі значними різницями в δ 15 N між цими двома парами. Найбільш помітна різниця в δ 13 С була виявлена у риб, де особини з ЗМП мали значно нижчі значення.

C: Значення N у м’язах полівки, жаби та плотви становили 3,51 та 3,38, 3,47 та 3,53 та 3,20 та 3,29 відповідно (дві випадкові вибірки від кожного виду). C: Значення N у восьми вимірюваних норкових печінках мали середнє значення 3,98. Хоча деякі зразки мали дещо вищі значення, ніж 4 (від 3,9 до 4,07), ми припускали, що вміст ліпідів не може мати значного впливу на значення ізотопів вуглецю, як пропонують Post та ін. (2007). Тому екстракції ліпідів та математичної корекції не проводилось (див. Розділ «Обговорення»).

Байєсові моделі змішування показали, що на двох досліджуваних ділянках у північній частині Польщі (BNP та NNP) внесок трьох проаналізованих груп здобичі до норкової дієти був дуже подібним і відрізнявся від зафіксованого в DNP та WMNP (рис. 3). Риба була єдиною групою, яку норки часто вживали на всіх досліджуваних ділянках, але лише в ЗМП вона була головним компонентом раціону, складаючи частку вдвічі більшу, ніж в інших досліджуваних районах. Полівки були основною здобиччю в ДНП, а жаби були такою ж важливою здобиччю, як риба в БНП і НПП.

Внесок трьох груп здобичі (%), кожна з яких представлена одним обраним видом, у раціоні норки з різних досліджуваних місць. Інші потенційні види та групи здобичі не включені. Результати для повторень байєсівських моделей змішування в MixSIAR, разом із критерієм інформації про відхилення (DIC) для кожного місця дослідження. Суцільна лінія представляє середні значення, квадратик 1-го та 3-го квартиля та стандартне відхилення вусів

Обговорення

Виразний ізотопний склад популяцій з різних досліджуваних районів, а також різних видів в межах досліджуваної території, дозволив нам використовувати ці результати для оцінки внеску основних видів здобичі в раціон норок. Наші результати показали, що норкова дієта варіюється між сайтами, але не між статями. У ЗМН рибу їли частіше, ніж у трьох інших національних парках, що частково пов’язано з відмінностями в типах середовища існування. На відміну від них, полівки частіше їли в ДНП, а жаб - у національних парках, розташованих на сході Польщі. Наші результати, однак, показали також, що відмінності у частці стабільних ізотопів у тканині норки були зумовлені варіацією ізотопних сигнатур у тканинах її здобичі.

У зразках норок ми виявили значення C: N, близькі до 4, і припускається, що вище цього значення необхідна корекція ліпідів (Post et al. 2007). Математичні методи дозволяють точну корекцію значень δ 13 C на основі значень C: N для тканин риби (Skinner et al. 2016), особливо з використанням видоспецифічного підходу (Logan et al. 2008). У ссавців кореляція між вмістом C: N та вмістом ліпідів є слабшою (Yurkowski et al. 2015), отже, упередження при використанні цього методу в нашому дослідженні було б дуже ймовірним. Хімічна екстракція ліпідів, яка є найбільш точним методом боротьби з високим вмістом ліпідів, може змінити склад ізотопу азоту внаслідок вилуговування азотистих сполук (Mintenbeck et al. 2008). В ідеалі ізотопи азоту та вуглецю слід аналізувати окремо до і після екстракції ліпідів. Ми виявили, що цей метод занадто трудомісткий і трудомісткий, оскільки існує передумова, що вміст ліпідів може суттєво вплинути на наші результати. Окрім значень C: N у норки нижче або трохи вище 4, наша дослідницька система має три особливості, які передбачають досить незначний вплив концентрації ліпідів, описаний Tarroux et al. (2010): відносно розпорошені джерела їжі, великі відстані між джерелами та споживачами та висока мінливість співвідношень ізотопів норки.

Ми усвідомлюємо, що для проведення повністю надійного байєсівського моделювання складу дієти на основі даних стабільних ізотопів має бути виконано кілька умов. Найважливішим є врахування всіх основних груп здобичі, яку з’їдає хижак (Phillips et al. 2014). Більшість авторів вважають рибу, земноводних та дрібних ссавців основною здобиччю норки восени та взимку (Jędrzejewska et al. 2001; Sidorovich et al. 2001; Brzeziński 2008; Skierczyński et al. 2008; Brzeziński et al. 2018), але деякі інші групи видобутку, такі як комахи, ракоподібні та птахи, також можуть мати значну частку (понад 10%) у харчуванні норки в ці сезони (Jędrzejewska et al. 2001; Sidorovich et al. 2001; Bartoszewicz and Zalewski 2003). Ми не включили дані про ці групи здобичі в наші моделі змішування, оскільки придбання цього типу матеріалів було неможливим з технічних та етичних причин, а використання літературних даних з іншої області призведе до втрати одного з основних припущень нашого дослідження. Тому до результатів наших моделей змішування слід ставитися з належною обережністю.

Будучи умовно-хижацьким хижаком, норка зазвичай здобуває здобич у кількості, пропорційній її чисельності або наявності в даному середовищі існування. Однак навіть у подібних місцях існування різниця в харчуванні норок може бути значною (Brzeziński 2008). Також були зафіксовані місцеві коливання чисельності видобутку, що впливає на дієту норки, та різницю в харчових звичках окремих норок (Sidorovich et al. 2001). Більше того, дієтичний склад норки може суттєво змінюватися з часом внаслідок змінних погодних умов (Skierczyński et al. 2008) та внаслідок експлуатації продовольчих ресурсів у недавно колонізованій зоні (Zalewski and Bartoszewicz 2012). Всі ці варіації, а також невідома щільність та наявність гризунів, земноводних та риб у досліджуваних районах обмежують інтерпретацію зафіксованих відмінностей у частці підписів аналізованих груп здобичі норок.

Схожість між дієтами норки від BNP та NNP, схоже, легко пояснити, оскільки ці два національні парки розташовані близько один від одного, місця проживання в обох національних парках схожі, а здобич має порівнянний ізотопний підпис. Різну частку підписів трьох досліджених груп здобичі в харчуванні з норки було виявлено у двох національних парках на сході Польщі, DNP та WMNP. Ці національні парки географічно віддалені (близько 450 км) і захищають різні місця проживання в долинах річок (див. Розділ «Матеріали та методи»).

Результати наших ізотопних аналізів показали, що в ЗМП риба виловлюється норкою набагато частіше, ніж в інших трьох національних парках. Вони також підтвердили колишні результати на основі аналізу скатів, який показав, що в ЗМН, крім птахів, риба є важливою здобиччю норок, і їхній внесок у раціон норок у теплу пору року був вищим, ніж у полівки та земноводних (Bartoszewicz and Zalewski 2003; Zalewski and Бартошевич 2012). Крім WMNP, раніше в BNP проводились дослідження дієти норки, засновані на аналізі скат, і виявили високі багаторічні коливання у складі норкової дієти (Skierczyński et al. 2008). Гризуни, риба та земноводні були основною здобиччю, яку споживали норки в BNP, однак рибу їли рідше, ніж у WMNP. Подібні відмінності з меншою часткою споживаної риби в BNP, ніж у WMNP, були зафіксовані в цьому дослідженні із застосуванням аналізу стабільних ізотопів.

Подібність ізотопного складу самців і самок норок на всіх досліджуваних ділянках вказує на те, що риба є основним харчовим компонентом обох статей, і що дві інші групи здобичі також їдять у подібних пропорціях. Відомо, що у норки через статевий диморфізм маси тіла жінки часто полюють на меншу здобич, ніж самці (Magnusdottir et al. 2012). Теоретично різниця в чоловічих та жіночих харчових нішах повинна залишати ізотопний ознака в тканинах норки. Наші результати показують високий внесок риби як у чоловічі, так і у жіночі норкові дієти; однак вони не можуть повідомити нас про розмір виловлюваної риби, який може відрізнятися між статями.

Ми виявили значні відмінності в ізотопному складі в кожній групі здобичі норок. Полівки суттєво відрізнялись за значеннями δ 15 N між ділянками. Нам бракує даних про коефіцієнт трофічного збагачення цього виду та про ізотопний склад рослин на досліджуваних ділянках, обидва необхідні для розрахунку трофічного положення (Post 2002). Тим не менш, коефіцієнт трофічного збагачення для 15 N в скелетних м'язах, схоже, подібний між видами гризунів і становить приблизно 2,5-3,1 ‰ (Arneson and MacAvoy 2005; Miller et al. 2008; DeMots et al. 2010). Порівняно з дослідженнями на інших видах полівки (Chambers and Doucett 2008; Baltensperger et al. 2015), деякі з яких виявили подібні внутрішньовидові відмінності в значеннях δ 15 N, ми можемо припустити, що між місцями дослідження існували як значні відмінності у складі раціону, а також відмінності у доступності різних видів їжі.

На підставі результатів цього дослідження ми дійшли висновку, що ізотопний склад хижаків слід аналізувати та інтерпретувати щодо ізотопного складу їхньої здобичі, що мешкає на тій же території. Дані літератури щодо ізотопного складу харчових джерел можуть бути використані при виробленні загальних припущень щодо характеристик трофічної ніші (Bearhop et al. 2004), трофічного положення (Post 2002) або інших особливостей трофічної будови (Layman et al. 2007). Однакові ізотопні значення для здобичі можуть використовуватися для різних видів або популяцій, якщо вони населяють одну і ту ж територію (Urton and Hobson 2005). При вивченні раціону населення, яке населяє різні регіони, навіть якщо вони знаходяться лише на відносно невеликих відстанях, географічні відмінності слід враховувати на всіх трофічних рівнях. З огляду на це застереження, наші результати показали, що аналіз стабільного ізотопу можна використовувати як інструмент для вивчення норкової дієти. Норка - умовно-хижий хижак, який полює на різні типи здобичі, що відрізняються екологією, а отже, також і ізотопним складом. Ці відмінності дозволяють, використовуючи сучасне статистичне моделювання, відносно точну оцінку частоти видів здобичі в норковій дієті. З огляду на постійні та заплановані кампанії з викорінення норки, зібрані туші можуть дати цінну екологічну інформацію.

Список літератури

Адамс LG, Farley SD, Stricker CA, Demma DJ, Roffler GH, Maller DC, Rye RO (2010) Чи впливають внутрішні вовнокопитні системи на морські субсидії тихоокеанського лосося? Ecol Appl 20: 251–262

Араужо М.С., Болнік Д.І., Мартінеллі Л.А., Джаретта А.А., дос Рейс С.Ф. (2009) Варіації дієти на індивідуальному рівні у чотирьох видів бразильських жаб. J Anim Ecol 78: 848–856