Konkretne nisze

Nowy sposób badania zwierząt

Dr Elina Takola z Wydziału Komputerowej Ekologii Krajobrazu w UFZ – Centrum Badań nad Środowiskiem im. Helmholtza opracowała powtarzalny schemat analizy, który pozwala w ustandaryzowany sposób badać różnice między osobnikami tego samego gatunku w sposobie wykorzystywania siedlisk. Metoda opiera się na danych z nadajników GPS.

Koncepcja niszy ekologicznej opisuje zestaw warunków środowiskowych, których gatunek potrzebuje, aby przetrwać i rozmnażać się. Dotychczas była jednak najczęściej stosowana na poziomie gatunku lub populacji, mimo że poszczególne zwierzęta mogą znacznie różnić się zachowaniem, dietą i wyborem siedlisk.

„Osobniki należące do tego samego gatunku niekoniecznie korzystają ze środowiska ani nie reagują na nie w taki sam sposób. Ta zmienność była tradycyjnie traktowana jako szum statystyczny, ale dziś wiemy, że ma istotne znaczenie dla długoterminowego przetrwania gatunku” – powiedziała dr Takola.

Mimo rosnącej dostępności danych z monitoringu zwierząt nadal brakowało narzędzi, które pozwalałyby przełożyć informacje o przemieszczaniu się i sposobie wykorzystywania przestrzeni na praktyczne oraz porównywalne miary specjalizacji siedliskowej poszczególnych osobników.

Jak działa nowy schemat analizy

Każdy osobnik może mieć własną niszę

Nowy schemat został opublikowany w czasopiśmie „Individual-based Ecology”. Podejście koncentruje się na pojedynczych zwierzętach i traktuje zakres warunków siedliskowych wykorzystywanych przez każde z nich jako jego „zindywidualizowaną niszę”. Badacze rozróżniają przy tym warunki faktycznie wykorzystywane przez zwierzę, czyli niszę realizowaną, od warunków dostępnych dla niego, ale niekoniecznie wykorzystywanych, czyli niszy potencjalnej.

Koncepcje te zostały wcześniej zdefiniowane w badaniu E. Takoli i H. Schielzetha. Dr Takola poszła jednak o krok dalej i przełożyła je na praktyczny schemat przeznaczony do badania dzikich zwierząt.

Metoda łączy funkcje wyboru zasobów z efektami mieszanymi, czyli modele statystyczne pozwalające określić zarówno przeciętne preferencje siedliskowe, jak i stopień, w jakim poszczególne osobniki odbiegają od tej średniej. Wykorzystuje również metody eksploracji hiperkostki, które przedstawiają wszystkie warunki środowiskowe, jakie dany osobnik może zajmować, jako wielowymiarową przestrzeń.

Od danych GPS do konkretnych wyników

Trzy etapy analizy

Schemat został w całości zaimplementowany w języku R i korzysta z narzędzi stosowanych w modelowaniu nisz ekologicznych, ekologii behawioralnej oraz ekologii przestrzennej.

Cały proces podzielono na trzy etapy: przygotowanie danych, analizę oraz generowanie wyników.

W każdym etapie rozróżnia się warunki środowiskowe dostępne dla konkretnego osobnika od tych, które rzeczywiście wykorzystuje. Dzięki temu naukowcy mogą określić szerokość niszy, czyli to, jak szeroki lub wąski jest zakres wykorzystywanych przez zwierzę siedlisk.

Metoda pozwala również mierzyć nakładanie się nisz, a więc stopień, w jakim sposoby wykorzystywania siedlisk przez różne osobniki są do siebie podobne. Trzecim parametrem jest powtarzalność, która pokazuje, jak konsekwentnie dany osobnik korzysta ze środowiska w czasie.

Przykład z czajką

Praktyczne zastosowanie metody pokazano na przykładzie czajki północnej. Naukowcy wykorzystali publicznie dostępne dane GPS dotyczące 13 osobników tego gatunku.

W analizie uwzględniono wiele warstw informacji środowiskowych, między innymi liczebność dżdżownic, obecność ludzi, stosowanie pestycydów, sposób zarządzania terenem, właściwości gleby oraz roślinność.

Dlaczego różnice między osobnikami są ważne

Średnia dla populacji nie pokazuje wszystkiego

Poszczególne organizmy różnią się genotypem, budową ciała, strategią życiową, dietą i zachowaniem. Podejście skoncentrowane na osobnikach pozwala uchwycić sposób, w jaki zwierzęta lokalnie przystosowują się do warunków i reagują na stres środowiskowy. Takich różnic mogą nie pokazywać średnie wartości dotyczące całej populacji.

Ma to również znaczenie dla ochrony przyrody. Modele uwzględniające pojedyncze osobniki biorą pod uwagę koszty energetyczne, trendy demograficzne, wzorce wyboru siedlisk oraz cechy historii życia. Dzięki temu mogą zapewnić dokładniejszy i bardziej mechanistyczny obraz dynamiki dzikich populacji.

Takie podejście może również pomóc lepiej przewidywać, jak populacje poradzą sobie ze zmianami warunków środowiskowych.

Dlaczego różnice między osobnikami są ważne

Średnia dla populacji nie pokazuje wszystkiego

Poszczególne organizmy różnią się genotypem, budową ciała, strategią życiową, dietą i zachowaniem. Podejście skoncentrowane na osobnikach pozwala uchwycić sposób, w jaki zwierzęta lokalnie przystosowują się do warunków i reagują na stres środowiskowy. Takich różnic mogą nie pokazywać średnie wartości dotyczące całej populacji.

Ma to również znaczenie dla ochrony przyrody. Modele uwzględniające pojedyncze osobniki biorą pod uwagę koszty energetyczne, trendy demograficzne, wzorce wyboru siedlisk oraz cechy historii życia. Dzięki temu mogą zapewnić dokładniejszy i bardziej mechanistyczny obraz dynamiki dzikich populacji.

Takie podejście może również pomóc lepiej przewidywać, jak populacje poradzą sobie ze zmianami warunków środowiskowych.

Metoda może znaleźć szersze zastosowanie

Nie tylko dla czajek

Choć schemat został zaprezentowany na przykładzie czajki północnej, jego twórczyni zaprojektowała go tak, aby można było zastosować go również do innych mobilnych gatunków, dla których dostępne są dane z monitoringu GPS.

„Chociaż metoda została zademonstrowana na czajce północnej, została zaprojektowana z myślą o wykorzystaniu jej także w przypadku innych mobilnych gatunków, dla których dostępne są dane GPS. Daje ekologom uniwersalne narzędzie pozwalające uwzględniać różnice między osobnikami w modelach siedliskowych i dotyczących ochrony przyrody” – wyjaśniła Takola.

Dane oraz kod wykorzystane do opracowania metody są dostępne publicznie na GitHubie.

Możliwość mierzenia i porównywania specjalizacji poszczególnych osobników między różnymi gatunkami i zestawami danych może pomóc naukowcom lepiej badać specjalizację niszową oraz zróżnicowanie populacji na różnych poziomach ekologicznych.

Nowe podejście pozwala połączyć różnice obserwowane u pojedynczych zwierząt ze wzorcami występującymi na poziomie populacji i całych gatunków, dając przy tym ekologom narzędzie umożliwiające odejście od samych średnich populacyjnych na rzecz bardziej ukierunkowanych działań ochronnych.