Люди имеют долгую историю преследования вершинных хищников, таких как волки, тигры и леопарды. Потеря этих хищников - животных на вершине пищевой цепи - привела к экологическим, экономическим и социальным последствиям во всем мире. Редко хищники полностью выздоравливают от человеческого угнетения, и когда они это делают, нам часто не хватает данных или инструментов для оценки их выздоровления.
Связанный контент
- Четыре невероятных факта о морских выдрах
- В отличие от дельфинов, морские выдры, которые используют инструменты, не тесно связаны
- Морские выдры могут заразиться человеческим гриппом
Морские выдры в Glacier Bay, Аляска, являются исключением. В недавнем исследовании наша команда рассказала о невероятном возвращении морских выдр в район, где они отсутствовали не менее 250 лет.
Наш подход, который объединяет математику, статистику и экологию, может помочь нам лучше понять роль морских выдр в морских экосистемах и способность вершинных хищников возвращаться в экосистему после их отсутствия. Это может даже помочь нам узнать, что означает изменение климата для многих других видов.
Хотя морские выдры обычно не рассматриваются в том же духе, что и волки, тигры и леопарды, они являются главным хищником прибрежной морской экосистемы - узкой полосы между наземной и океанической средой обитания.
Во время коммерческой морской торговли мехом в 18-м и 19-м веках, морские выдры были почти вымерли в пределах их ареала в северной части Тихого океана. К 1911 году осталась лишь небольшая группа изолированных групп населения.
Исторический ареал (серая заливка) и остатки 1911 года (красные значки) морских выдр. Население островов Королевы Шарлотты и Сан-Бенито исчезло к 1920 году. (CC BY) Но популяции морской выдры восстановились во многих областях благодаря нескольким изменениям. Международный договор о морских котиках 1911 года защищал морских выдр от большинства человеческих промыслов. Агентства по охране дикой природы также предпринимают усилия по содействию реколонизации морской выдры.
Со временем количество морских выдр стало увеличиваться в изобилии и распространении, и они пробились в Ледниковую бухту, фьорд ледника приливной воды и национальный парк на юго-востоке Аляски. Glacier Bay является функционально одним из крупнейших морских охраняемых районов в северном полушарии.
Ледниковая бухта была полностью покрыта ледниковым льдом примерно до 1750 года - примерно в то же время морские выдры исчезли из окрестностей из-за чрезмерного сбора урожая. Затем он пережил самое быстрое и обширное отступление приливных ледников в истории человечества. После отступления ледника возникла богатая среда. Эта новая среда поддерживала высокую концентрацию диких животных, в том числе видов хищных морских выдр, таких как крабы, моллюски и морские ежи, которые могли увеличиваться в размерах и численности в отсутствие морских выдр.
Морские выдры впервые появились в устье залива Глейшер в 1988 году. Здесь они столкнулись с обширной средой обитания, многочисленными популяциями добычи и защитой от всех видов человеческой добычи.
Национальный парк Глейшер-Бей, юго-восточная Аляска. (Карта используется с разрешения Службы национальных парков) Наш подход
Трудно оценить, как население растет и распространяется из-за его динамического характера. Каждый год животные перемещаются в новые области, увеличивая площадь и усилия, необходимые для их поиска. Самолеты, ищущие морских выдр, должны покрывать больше земли, обычно с тем же количеством времени и денег. Кроме того, люди могут перемещаться из одного района в другой в течение любого периода времени по ряду причин, включая социальное поведение морских выдр и их реакцию на окружающую среду. Поскольку эти проблемы могут мешать точным оценкам населения, важно понимать и решать их.
Вскоре после того, как морские выдры прибыли в Глейшер-Бей, ученые из Геологической службы США начали собирать данные, чтобы документировать их возвращение. Хотя данные ясно указали, что морские выдры увеличивались, нам нужны были новые статистические методы, чтобы раскрыть степень этого увеличения.
Во-первых, мы разработали математическую модель, используя уравнения в частных производных для описания роста и распространения морских выдр. Дифференциальные уравнения с частными производными обычно используются для описания таких явлений, как динамика жидкости и квантовая механика. Поэтому они были естественным выбором для описания того, как масса - в нашем случае популяция морских выдр - распространяется в пространстве и времени.
Новый подход позволил нам включить наше текущее понимание экологии и поведения морской выдры, в том числе предпочтений среды обитания, максимальных скоростей роста и того, где морские выдры были впервые обнаружены в заливе Ледника.
Во-вторых, мы включили наши уравнения в иерархическую статистическую модель. Иерархические модели используются для того, чтобы делать выводы из данных, которые возникают в результате сложных процессов. Они обеспечивают гибкость в описании и различении различных источников неопределенности, таких как неопределенность в сборе данных и экологических процессах.
Дифференциальные уравнения с частными производными не новы в области экологии, начиная, по крайней мере, с 1951 года. Однако, объединяя эти уравнения с формальными статистическими моделями, мы можем надежно выводить динамические экологические процессы, в то же время адекватно количественно определяя неопределенность, связанную с нашими результатами. Он обеспечивает управляемый данными способ анализа съемок морской выдры за последние 25 лет.
Это дало нам строгие и честные оценки динамики колонизации, которые включали наше понимание экологической системы.
Группа морских выдр в Glacier Bay National Park, 2016. (Фото Джейми Уомбла) Используя наш новый подход, мы обнаружили, что популяция морских выдр в Глейшер-Бей росла более чем на 21 процент в год в период с 1993 по 2012 год.
Для сравнения, предполагаемые темпы роста морских выдр в других популяциях на Аляске, которые также выздоравливали, были ограничены 17-20 процентами. Кроме того, максимальная биологическая репродуктивность - самая высокая скорость размножения морских выдр - от 19 до 23 процентов в год. Это означает, что скорость роста морской выдры в Глейшер-Бей была близка или максимальна и выше, чем любая зарегистрированная популяция морской выдры в истории.
После отступления ледника морские выдры перестали существовать и колонизировали почти весь залив ледника в течение 20 лет. Сегодня они являются одним из самых распространенных морских млекопитающих в заливе Ледника. Недавние наблюдения документировали большие группы из более чем 500 морских выдр в некоторых частях нижнего залива ледника, что позволяет предположить обильные запасы добычи.
(через GIPHY) Сочетание современных статистических и математических методов впервые показало, насколько необычайным был рост и распространение этой популяции.
Морские выдры имели большой успех после отступления приливного ледника в заливе Ледника. В то время как потеря морского льда, вызванная климатом, может негативно повлиять на некоторых хищников широкого спектра, таких как белые медведи или моржи, другие виды могут извлечь выгоду из появления новых доступных мест обитания и ресурсов добычи.
Люди привели к глобальному снижению численности хищников, и это снижение часто трудно переломить. Тем не менее, наши результаты показывают, что при минимальном вмешательстве человека апекс-хищники могут быть весьма успешными в повторном заселении подходящей среды обитания.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Перри Уильямс, докторская степень в области статистики и рыб, дикой природы и биологии охраны природы, Колорадский государственный университет
Мевин Хутен, помощник руководителя, Геологическая служба США, Колорадский кооперативный отдел исследований рыб и дикой природы; Доцент кафедры биологии и статистики рыб, дикой природы и охраны природы, Колорадский государственный университет
