Когда популяция хищников становится слишком многочисленной, однако, население добычи часто резко падает, оставляя слишком мало еды для хищников, население которых также тогда терпит крах. Это каноническое представление об отношениях добычи хищника было сначала определено математическими биологами Альфредом Лоткой и Вито Вольтеррой в 1920-х и 1930-х.Но все ставки выключены, если оба хищник и разновидности добычи развиваются даже маленькими способами, согласно новому исследованию, опубликованному на этой неделе в журнале Proceedings Национальной академии наук.
Когда обе разновидности развиваются, традиционный цикл может полностью изменить, позволив популяциям хищников достигнуть максимума перед теми из добычи. На самом деле может появиться, как будто добыча ест хищников.
Исследователи в Технологическом институте штата Джорджия предложили теорию объяснить эти изменения co-evolutionary. И затем, используя данные, собранные другими учеными по трем парам добычи хищника – ондатре норки, gyrfalcon-горной куропатке и вибриону фага cholerae – они показывают, как их теория могла объяснить неожиданные циклы населения. Новая теория и анализ этих циклов коэволюции могли помочь эпидемиологам предсказать циклы болезни и ядовитость возбудителей инфекции и лидерство к лучшему пониманию того, как циклы населения могут затронуть экосистемы. Исследование было поддержано Национальным научным фондом и Фондом Wellcome Берроуза.
«Наша работа показывает, что коэволюция может привести к новому и уникальному поведению в масштабе населения», объяснил Джошуа Вейц, адъюнкт-профессор в Школе Биологии в Технологическом институте Джорджии. «Когда Вы включаете эволюцию, у классических движущих сил хищника добычи есть намного больший диапазон возможных исходов. Мы не заменяем оригинальную теорию, но предлагаем более общую модель, которая открывает дверь в эти новые явления».Эволюция часто воспринимается как историческое событие, отметил Вайца, у которого также есть назначение любезности в Школе Технологического института Джорджии Физики.
Но организмы развиваются непрерывно с определенными фенотипами, становящимися доминирующими, поскольку экологические и другие условия одобряют их. В организмах, таких как птицы или мелкие млекопитающие, те изменения могут быть проявлены только в десяти поколениях.
В микробных разновидностях с краткой продолжительностью жизни эволюционные изменения могут произойти в течение дней или недель.Эволюционные изменения могут существенно затронуть отношения между разновидностями, потенциально делая их более уязвимыми или менее уязвимыми. Например, если мутация, которая присуждает вирусное сопротивление в виде бактерий, становится доминирующей, который может изменить отношения добычи хищника, отдав популяцию бактерий, безопасную от вреда.
Более широко, co-evolutionary циклы может возникнуть, когда преступление хищника дорогостоящее, и защита добычи эффективная против низких хищников преступления.«С хищником и коэволюцией добычи, Вы видите колебания, в которых есть много добычи, вокруг того, даже когда есть многие хищники или много хищников, вокруг того, даже когда есть, очень немногие охотятся», отметил Майкл Кортес, постдокторант в лаборатории Weitz и первый автор статьи.
«Когда добыча в изобилии и есть немного хищников, это может быть, потому что есть много защищенной добычи – добыча, которую не могут съесть хищники», добавил он. «Когда есть много хищников вокруг, и немногие охотятся, это – потому что добыча – очень хорошие источники пищи, и хищники вполне успевают».В их статье Вайц и Кортес моделировали модели, в которых эволюционный процесс был ускорен, чтобы показать, как их теория коэволюции затронет циклы населения добычи хищника. Ускорение процесса позволило им разбивать цикл в меньшие сегменты, которые могли быть проанализированы более подробно. Они тогда использовали более ранние наблюдения за изменяющимся изобилием трех пар хищников и добычи – усиления наборов данных, собранных другими учеными – чтобы показать, как модели применятся.
«Хотя структура циклов в этих трех системах была отмечена как необычная авторами, которые наблюдали их, не было, пока еще, никакой объединенной теоретической структурой, от которой можно понять, такие как радикальный отход от классической подписи взаимодействий добычи хищника», сказал Вайц.Ученые долго учились, как взаимодействие между разновидностями затрагивает полное население в экосистемах. Вайц и Кортес полагают, что их новая модель даст ученым более широкую и более полную картину сложного процесса.
«Это исследование определяет, как адаптация между двумя разновидностями и взаимодействия между их числами могут привести к чему-то другому от того, что Вы получили бы, если бы у Вас просто было взаимодействие между числами», сказал Кортес. «Это – что-то, что обнаружится через многие экологические системы. Мы можем теперь объяснить широкие тенденции, которые происходят в весьма различных системах, используя теоретический подход и то, что мы можем определить, механизм, ответственный за него, уникален для нашего исследования».
Это исследование было поддержано Национальным научным фондом под Премией DMS-1204401, и Фондом Wellcome Берроуза.