Ссора между птицами у кормушки на заднем дворе подчеркивает иногда жесткую конкуренцию за ресурсы, с которой животные сталкиваются в мире природы, но некоторые экологически похожие виды, похоже, мирно сосуществуют. Классическое исследование певчих птиц, проведенное Робертом Макартуром, одним из основателей современной экологии, показало, что похожие древесные камышевки — насекомоядные, красочные лесные певчие птицы — могут жить на одних и тех же деревьях, потому что на самом деле они занимают немного разные места на дереве и, предположительно, питаются разными насекомыми.

В настоящее время новое исследование использует современные методы для пересмотра наблюдений Макартура, которые до сих пор используются в качестве примера в современных учебниках биологии.

Новый проект, возглавляемый исследователями из Университета штата Пенсильвания и Американской организации по охране птиц, предполагает, что то, как эти певчие птицы сосуществуют, является более тонким, чем первоначально предполагал Макартур. Исследование, в котором изучалось пищевое поведение, физические характеристики, диета и эволюционная история камышевок, опубликовано в журнале Буквы по биологии.

Основной принцип в области экологии описывает, как два вида, конкурирующие за одни и те же основные ресурсы, такие как пища или среда обитания, не могут бесконечно сосуществовать в одной и той же области. Один из видов в конечном итоге будет более успешным и придет на смену другому.

В своей знаковой статье 1958 года Макартур описал, как пять видов лесных камышевок, которые живут на одних и тех же деревьях и считались «экологически эквивалентными», могли на самом деле сосуществовать, добывая пищу в разных частях одного и того же дерева. Например, некоторые птицы кормились возле ствола, а другие дальше в ветвях, в то время как некоторые птицы кормились возле верхушки другого дерева, а другие внизу.

«Макартур предположил, что нам нужно более внимательно изучить взаимодействие видов», — сказал Дэвид Тэйвз, профессор биологии Луиса Мартарано в Научном колледже Эберли штата Пенсильвания и автор статьи.

«Мы хотели вернуться к этой идее с помощью современных технологий, используя молекулярные методы и эволюционную перспективу, которые были недоступны во времена Макартура. Это позволило нам не только напрямую количественно оценить их рацион, но и лучше понять, как камышевки делят свою среду обитания и как то, что мы видим сегодня, могло быть сформировано конкуренцией на протяжении эволюционной истории камышевки».

Исследовательская группа изучила 13 видов лесных камышевок, которые сосуществуют в лесах северо-восточного Нью-Йорка, где птицы размножаются летом. Они наблюдали за кормовым поведением птиц в течение 20 лет, например, собирая информацию о высоте птиц на дереве, густоте листвы и расстоянии от ствола при приеме пищи.

Они также собирали образцы фекалий в течение пяти лет, чтобы оценить содержание в рационе птицы, который состоит из насекомых и пауков. Кроме того, исследователи получили данные о физических характеристиках каждого вида, а также об их клювах из двух общедоступных баз данных.

«Вывод из исследования Макартура заключается в том, что если птицы добывают пищу в разных частях дерева, то они едят разные продукты», — сказал Тэйвз.

Макартур попытался проверить это, используя данные своих коллег, которые попытались проанализировать фрагменты насекомых из содержимого желудка, но это было смещено в сторону фрагментов, которые не были переварены, и их было чрезвычайно трудно идентифицировать. Теперь мы можем извлечь ДНК из образцов фекалий и использовать технику, называемую мета-штрихкодированием фекалий, чтобы увидеть, какие виды насекомых были съедены птицами».

Исследователи, такие как Макартур, обнаружили, что поведение птиц при поиске пищи сильно различается у разных видов.

«Размер и форма птицы являются продуктом многих давлений, действующих в эволюционных временных масштабах, но многочисленные исследования, в том числе и наше, показывают, что главным среди этих давлений является поведение при поиске пищи», — сказал Элиот Миллер, менеджер индекса BirdsPlus в American Bird Conservancy и автор статьи.

Соответственно, исследователи обнаружили, что различия в поиске пищи были связаны с физическими характеристиками птиц. Например, мелкие птицы, как правило, чаще зависали во время поиска пищи, а птицы с более длинными костями ног, как правило, кормились у земли. Различия в питании, однако, были незначительными.

«Птицы, которых мы изучали, в совокупности потребляли тысячи видов членистоногих, и в их рационе было значительное количество совпадений», — сказал Тэйвз.

«Различия в рационе были довольно тонкими, и мы обнаружили, что близкородственные виды имели более похожие диеты. Это говорит о том, что акцент Макартура на диете, возможно, был частично неуместным, хотя общая идея распределения их ресурсов путем кормления в разных частях деревьев является здравой».

Тэйвз сказал, что птицы, по-видимому, были оппортунистичны в своем добывании пищи. Более 75% образцов фекалий содержали самое распространенное насекомое в этом районе, бекаса, и более половины образцов содержали обыкновенного инвазивного листового долгоносика.

«Из-за заметных различий в поведении при добывании пищи, мы считаем, что конкуренция сформировала то, как эти виды добывают пищу сегодня, а также то, как они эволюционировали для добывания пищи в течение эволюционного времени», — сказал Миллер.

«Но мы не видим больших различий в рационе, поэтому вполне вероятно, что другие силы могли оказывать более непосредственное влияние на эволюцию камышевок. Стоит отметить, что эти птицы мигрируют в Центральную и Южную Америку в течение зимы, поэтому конкуренция за ресурсы в этих местах, а также стресс от миграции также могут формировать черты, которые мы видим сегодня».

Исследователи заявили, что надеются продолжить изучение рациона и кормового поведения камышевок в местах их зимовки. Они также планируют проанализировать питательные качества источников пищи, чтобы увидеть, влияет ли конкуренция на этот аспект их рациона.

«Макартур был прав в том, что эти камышевки прекрасно разделяют свою среду обитания, но это немного сложнее, чем он первоначально думал», — сказал Тэйвз.

«Люди часто наблюдают конкурентные взаимодействия между видами у своих кормушек для птиц, и подобные исследования показывают, как такого рода взаимодействия, которые происходили сотни или тысячи лет назад, могут формировать виды, которые мы видим сегодня».

Помимо Тэйвза и Миллера, в исследовательскую группу в штате Пенсильвания входят Эндрю Вуд, технолог-исследователь в лаборатории Тэйвза на момент исследования, который в настоящее время является исследователем в области геномики окружающей среды в Университете Миннесоты, Дулут, и Марселла Бэйз, постдокторант в лаборатории Тэйвза во время исследования, которая в настоящее время является доцентом биологических наук в Университете Буффало.

В команду также входят Андреанна Уэлч из Даремского университета в Великобритании, Роберт Флейшер из Смитсоновского национального зоопарка и Института биологии охраны природы и Адриенна Дейл из Техасского технологического университета.