河马牙齿揭示环境变化

出版时间:周一,9月12日,2016—09:35 在里面生物学与自然

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大象穿过伊丽莎白女王国家公园外的公路,乌干达。
肯德拉克里茨
肯德拉·赫里茨在乌干达用煤油灯采集河马瓷釉。
由Kendra Chritz提供

大象和河马等大型食草动物的丧失可使木本植物、非草草本植物和开花植物侵占非洲国家公园的草原,根据犹他大学的一项新研究,九月出版12英寸科学报告.这项研究利用河马牙齿中的同位素,在乌干达伊丽莎白女王国家公园(Queen Elizabeth National Park)进行了10年的河马饮食变化,此前在20世纪70年代进行了大规模的大象偷猎。研究第一作者兼美国博士后学者肯德拉·克里茨说,她使用河马珐琅质同位素的方法可以帮助科学家重建非洲国家公园过去植被的变化。徳赢手机版相对较少进行科学观察的地区。研究结果可以让生态学家了解如果大象出现在非洲的草原上会发生什么,人口急剧下降,灭绝或接近灭绝。

“如果没有大型食草动物,我们可以看到这些环境的样子,这有点可怕,”克瑞茨说。

竞争植物种类

草原是非洲重要的生态系统,饲养许多动物,并作为野生动物活动的走廊。低地热带草,像大象生态系统中的那些,是C4类植物的一部分,在光合作用中将二氧化碳转化为糖的酶。玉米和甘蔗也是C4植物。C3植物,使用不同的酶,包括树木,灌木,开花植物和草本植物。C3植物与非洲大草原的C4草竞争资源,包括阳光。大象和其他大型食草动物通过季节性地浏览灌木和树木来防止木本植物的入侵。但是如果没有食草动物的控制,C3植物可以在草原上畅通无阻地前进。

灌木和树木的存在,可以在航空照片上看到,只给出一部分C3和C4核电站之间的电力平衡图。观察草本植物和开花植物需要地面观察,以及乌干达伊丽莎白女王国家公园的观察记录,非洲的许多国家公园,稀疏。

两个植物群的代谢过程对碳同位素的处理方式不同,因此C4植物的重碳同位素比例高于C3植物。作为动物,如河马,吃植物,植物在其饮食中的同位素特征被纳入动物体内并保存在耐用的组织中,比如牙齿。伊丽莎白女王国家公园的河马,Chritz发现一直在间接地“观察”草原的植物组成。

伊丽莎白女王的生态危机

伊丽莎白女王国家公园位于乌干达和刚果民主共和国的边界上,并覆盖连接两个湖泊的河道。1971,艾迪·阿明成为乌干达总统,国家公园的管理基本上停止了。1971年至1980年代中期,乌干达军队杀死了数千头大象,既出售象牙为政权提供资金,又作为食物。阿明被驱逐后,继续进行侵略性的偷猎,到80年代中期,公园里的大象数量已经从4000多头下降到150头左右。大约4000头河马也被水煮过。

研究表明,自从20世纪90年代恢复经营后,公园内的木本植物面积有所增加。因为变化发生在几十年的时间里,伊丽莎白女王国家公园是一个理想的生态系统,用来测试食草动物牙齿是否能够代表从C4植物向C3植物的转变。

获取和测试牙齿

河马的牙齿不容易找到,Chritz说。由于很难从大范围的时间段中获取样本,因此以前没有使用过这种牙齿进行同位素分析。chritz的合著者之一,德国布伦瑞克大学的汉斯·克林格尔,对上世纪80年代和90年代伊丽莎白女王国家公园河马的行为进行了重要的研究。他贡献了20世纪60年代的牙齿,偷猎,从2000开始。chritz和她的同事们在每一颗牙齿的长度上每厘米取样一次珐琅质,使用已知的生长率将牙齿的各个部分与不同的年龄相关联。所有这些样本一起记录了该动物近十年的饮食史。但分析表明,这两颗牙齿显示出非常不同的同位素特征。chritz需要第三个样本,在两个时间段之间。

2013年在乌干达时,赫里茨向现在的游戏管理员寻求另一颗河马牙齿的机会。vwin徳赢app下载监狱长在公园博物馆里给她展示了一具1991年死去的河马的骨架,这完全符合赫里茨的目标。(请在随附的声音文件中vwin徳赢app下载了解更多关于检索牙齿和在不利条件下对其进行采样的信息)。

结果表明,60年代河马吃了约80%的C4植物,而且C4在后来河马饮食中的比例已经下降到了65%左右。这表明,在短短几十年的时间范围内,C3植物入侵的进展足以显著影响公园动物的饮食。结果还表明了chritz方法的有效性,重建了20世纪60年代以来植被变化的进程。

另一个令人惊讶的结果是,在后来的河马饮食中,C3植物的比例。对河马饮食的初步研究推测,河马只吃草。“很少有研究人员提出相反的建议,”chritz说。“看来他们的饮食非常灵活,能够适应环境变化。”

恢复草原

赫里茨的研究清楚地表明,大象和其他大型食草动物的消失会导致环境和生态的快速变化。她说:“我们创造了一个记录,表明公园里大型食草动物的消失在一个非常短的时间内是多么剧烈。”“十年之内,我们看到在这个公园曾经多样的草地上发生了巨大的变化。随着大象继续以目前前所未有的速度被偷猎,这是一扇通往未来东非大草原可能发生的事情的窗口。”

赫里茨希望恢复大象的数量能够扭转这种变化,使草原重新出现。“但是如果你有太多的大象,他们也可以通过过度浏览来毁灭森林,”她说。“你必须达到平衡。现在最重要的是努力打击偷猎。”

人们可以通过减少捕猎大象象牙的需求和经济刺激来打击偷猎行为,Chritz说。“不购买象牙,不知道你可能使用哪种象牙制品,这是保护大象最好的办法。”

来源:犹他大学

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