Eine Illustration mit Säugetier-Pflanzenfressern (grün), Allesfressern (lila), Umkehrfressern (gelb) und Fleischfressern (rot). Jede Spalte enthält Säugetierarten, die in den letzten 2,58 Millionen Jahren verloren gegangen sind (heller Schatten); solche, die in naher Zukunft verloren gehen (mittlerer Schatten, Aussterbewahrscheinlichkeit >50%); und solche, die wahrscheinlich bestehen bleiben (dunkle Schattierung, Aussterbewahrscheinlichkeit < 20 %). Das durch Menschen verursachte Aussterben der größten Pflanzenfresser und Fleischfresser stört, was ein grundlegendes Merkmal vergangener und gegenwärtiger Ökosysteme zu sein scheint, heißt es in einer neuen Studie der University of Nebraska-Lincoln und Institutionen auf vier Kontinenten. Bildnachweis: Julius Csotonyi / Naturökologie und Evolution
Verhältnis zwischen Nahrungsgröße und Nahrungsgröße, gefunden über tiefe Zeiten hinweg, mehrere Wirbeltiergruppen.
Laut einer neuen Studie könnte die U-förmige Assoziation zwischen Ernährung und Größe bei modernen Landsäugern auch für „universell“ stehen, da die Beziehung mindestens 66 Millionen Jahre und eine Reihe von Wirbeltiergruppen umfasst.
Es ist mehrere Jahrzehnte her, seit Ökologen erkannten, dass die graphische Darstellung des Nahrungsgrößenverhältnisses von Landsäugetieren eine U-förmige Kurve ergibt, wenn diese Säugetiere an einem Pflanze-zu-Protein-Gradienten ausgerichtet werden. Wie diese Kurve zeigt, neigen die pflanzenfressenden Pflanzenfresser ganz links und die fleischfressenden Fleischfresser ganz rechts dazu, viel größer zu werden als die allesfressenden Allesfresser und die wirbellosen Fresser in der Mitte.
„Wir sind nicht sicher, was passieren wird, weil das vorher noch nie passiert ist.“ — Will Gearty
Bis heute hat jedoch praktisch keine Forschung nach dem Muster außerhalb von Säugetieren oder der heutigen Zeit gesucht. In einer neuen Studie sind Forscher der University of Nebraska-Lincoln und Institutionen auf vier Kontinenten zu dem Schluss gekommen, dass das Muster tatsächlich bis in die ferne Zeit zurückreicht und für Landvögel, Reptilien und sogar Salzwasserfische gilt.
Die Studie deutet jedoch auch darauf hin, dass das vom Menschen verursachte Aussterben der größten Pflanzenfresser und Fleischfresser eine Störung in einer scheinbar grundlegenden Komponente vergangener und gegenwärtiger Ökosysteme verursacht, mit möglicherweise unvorhersehbaren Auswirkungen.
„Wir sind nicht sicher, was passieren wird, weil dies vorher noch nie passiert ist“, sagte Will Gearty, ein Postdoktorand in Nebraska und Mitautor der Studie, die am 21. April in der Zeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlicht wurde. „Aber da sich die Systeme seit sehr langer Zeit in einem scheinbar sehr stabilen Zustand befinden, geht es darum, was passieren könnte, wenn sie diesen Zustand verlassen.“
Größe größer, Größe kleiner
Die evolutionäre und ökologische Geschichte von Tierarten kann teilweise durch die miteinander verflochtenen Einflüsse von Ernährung und Größe erzählt werden, sagte Gearty. Die Ernährung einer Art bestimmt ihren Energieverbrauch, der wiederum das Wachstum antreibt und letztendlich dazu beiträgt, ihre Größe zu diktieren. Diese Größe kann jedoch auch die Qualität und Quantität der für eine Art verfügbaren Nahrung einschränken, selbst wenn sie Schwellenwerte für die Qualität und Quantität festlegt, die zum Überleben erforderlich sind.
„Du kannst so groß sein, wie es dein Essen zulässt“, sagte Gearty. „Gleichzeitig sind Sie oft so groß, wie Sie sein müssen, um Ihr Essen zu fangen und zu verarbeiten. Da gibt es also ein evolutionäres Zusammenspiel.“
Eine Abbildung, die die U-förmige Beziehung zwischen Ernährung und Größe (oder Masse, in Kilogramm) bei an Land lebenden Säugetieren veranschaulicht. Die grauen Bereiche der Balken stellen Arten dar, die derzeit vom Aussterben bedroht sind, während die weißen Bereiche bereits ausgestorbene Arten darstellen. Bildnachweis: Naturökologie und Evolution / Springer Nature
Da die pflanzliche Ernährung von Pflanzenfressern relativ nährstoffarm ist, wachsen sie oft massiv, um mehr Boden zu bedecken, um mehr Nahrung zu suchen – und um lange, komplexe Verdauungstrakte unterzubringen, die maximale Nährstoffe daraus extrahieren. Fleischfresser hingegen müssen groß genug werden, um mit diesen Pflanzenfressern Schritt zu halten und sie zu besiegen. Obwohl das Buffet-Menü von Omnivoren normalerweise ihren Magen voll hält, führt ihr hoher Energiebedarf dazu, dass sie sich im Allgemeinen auf Nüsse, Insekten und andere kleine, energiereiche Lebensmittel konzentrieren. Und während Umkehrfresser hauptsächlich proteinreiche Beute genießen, verbannt die winzige Natur dieser Beute, kombiniert mit der harten Konkurrenz durch viele andere Umkehrfresser, sie zu den kleinsten Größen von allen.
Das Endergebnis: eine U-förmige Verteilung sowohl der durchschnittlichen als auch der maximalen Körpergröße bei Säugetieren. Um die Verallgemeinerbarkeit dieses Musters in der heutigen Zeit zu analysieren, stellte das Team Daten zur Körpergröße einer großen Anzahl überlebender Arten zusammen: 5.033 Säugetiere, 8.991 Vögel, 7.356 Reptilien und 2.795 Fische.
„Es ist wirklich interessant und auffallend zu sehen, dass diese Beziehung auch dann bestehen bleibt, wenn andere dominante Tiere in der Nähe sind.“ — Will Gearty
Obwohl das Muster bei Meeressäugern und Seevögeln fehlte, wahrscheinlich aufgrund der besonderen Anforderungen des Lebens im Wasser, tauchte es bei den anderen Wirbeltiergruppen – Reptilien, Salzwasserfischen und Landvögeln – auf, die vom Team untersucht wurden. Das Muster galt sogar für verschiedene Biome – zum Beispiel Wälder vs. Grasland vs. Wüsten oder den tropischen Atlantik vs. den gemäßigten Nordpazifik – bei der Analyse von Landsäugetieren, Landvögeln und Salzwasserfischen.
„Zu zeigen, dass dies in all diesen verschiedenen Gruppen existiert, legt nahe, dass es etwas Grundlegendes ist, wie Wirbeltiere Energie gewinnen, wie sie miteinander interagieren und wie sie koexistieren“, sagte Co-Autorin Kate Lyons, Assistenzprofessorin für Biowissenschaften in Nebraska . „Wir wissen nicht, ob es notwendig ist – es könnte andere Möglichkeiten geben, Wirbeltiergemeinschaften in Bezug auf Körpergröße und Ernährung zu organisieren – aber es ist sicherlich ausreichend.“
Die Forscher interessierten sich aber auch dafür, wie lange die U-Kurve Bestand haben könnte. Also analysierten sie Fossilien von 5.427 Säugetierarten, von denen einige bis in die Frühzeit zurückreichen Kreide Zeitraum vor 145 Millionen bis 100 Millionen Jahren. Lyons und Kollegen sammelten die fossilen Daten ursprünglich im Rahmen einer Studie aus dem Jahr 2018 über das Aussterben großer Säugetiere durch Menschen und ihre jüngsten Vorfahren.
„Meines Wissens nach ist dies die umfassendste Untersuchung der Entwicklung der Körpergröße und insbesondere der Ernährung bei Säugetieren im Laufe der Zeit“, sagte Gearty.
Es zeigte sich, dass die U-Kurve mindestens 66 Millionen Jahre zurückreicht, als Nicht-Vogel-Dinosaurier gerade ausgerottet worden waren, aber Säugetiere sich noch in die dominante Tierklasse diversifizieren mussten, die sie heute sind.
„Es ist wirklich interessant und wirklich beeindruckend“, sagte Gearty, „zu sehen, dass diese Beziehung auch dann bestehen bleibt, wenn andere dominante Tiere in der Nähe sind.
„Wir vermuten, dass es tatsächlich seit der Entstehung der Säugetiere als Gruppe existiert.“
Die Gestalt der kommenden Dinge
Nachdem sie die Gegenwart und Vergangenheit der U-Kurve katalogisiert hatten, wandten sich Gearty, Lyons und ihre Kollegen ihrer Zukunft oder ihrem möglichen Fehlen zu. Die durchschnittliche Größe von Pflanzenfressern und Allesfressern ist seit dem Aufkommen der Neandertaler etwa um das 100-fache gesunken Homo sapiens In den letzten paar hunderttausend Jahren, berichtete das Team, ist die Größe der Fleischfresser in derselben Zeitspanne um etwa das Zehnfache gesunken. Infolgedessen habe die so lange bestehende U-Kurve begonnen, sich merklich abzuflachen, sagte Gearty.
In diesem Sinne hat das Team eine Wahrscheinlichkeit von mehr als 50 % prognostiziert, dass mehrere große und mittelgroße Säugetiere – darunter der Tiger und das Java-Nashorn, die beide den Menschen als ihre einzigen Raubtiere zählen – innerhalb der nächsten 200 Jahre aussterben werden. Diese vorhergesagten Aussterben würden die Störung der U-Kurve nur verschlimmern, sagten die Forscher, insbesondere in dem Maße, in dem der Verlust großer Pflanzenfresser den Verlust der großen Fleischfresser, die sie jagen, auslösen oder beschleunigen könnte.
„Es ist sicherlich möglich, dass wir, wenn wir einige dieser Tiere von der Spitze (der U-Kurve) entfernen und einige dieser Bereiche von Körpergrößen zusammenbrechen, die Art und Weise verändern, wie die Energie aufgeteilt wird“, Gearty genannt. „Das könnte vielleicht grundlegende Auswirkungen auf die Umwelt und das Ökosystem insgesamt haben.“
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass es auch möglich ist, dass der bevorstehende Rückgang der Körpergröße von Säugetieren sogar den beispiellosen Rückgang, der in den letzten paar hunderttausend Jahren beobachtet wurde, übertreffen könnte.
„In der ökologischen Literatur sieht man immer wieder Menschen, die darüber spekulieren, dass Ökosysteme jetzt weniger stabil und weniger widerstandsfähig und anfälliger für den Zusammenbruch sind“, sagte Lyons. „Ich denke, dies ist nur ein weiterer Beweis dafür, dass dies in Zukunft tatsächlich der Fall sein könnte.“
Referenz: „Anthropogenic disruptions to longstanding pattern of trophic-size structure in Wirbeltieren“ von Rob Cooke, William Gearty, Abbie SA Chapman, Jillian Dunic, Graham J. Edgar, Jonathan S. Lefcheck, Gil Rilov, Craig R. McClain, Rick D Stuart-Smith, S. Kathleen Lyons und Amanda E. Bates, 21. April 2022, Naturökologie & Evolution.
DOI: 10.1038/s41559-022-01726-x
Gearty und Lyons haben die Studie zusammen mit Robert Cooke vom UK Centre for Ecology & Hydrology verfasst; Amanda Bates von der University of Victoria (Kanada); Abbie Chapman vom University College London; Jillian Dunic von der Simon Fraser University (Kanada); Graham Edgar und Rick Stuart-Smith von der University of Tasmania (Australien); Jonathan Lefcheck vom Smithsonian Environmental Research Center; Craig McClain vom Louisiana Universities Marine Consortium; und Gil Rilov von Israel Limnological and Oceanographic Research.