טרנסלוקציה זמנית של צמחי דבקון שלמים כדי להבין את הבסיס המכניסטי של החלטות חיפוש מזון של בעלי חיים

סיכום

עבודה זו מתארת הליך ניסיוני פשוט לכימות מניעים התנהגותיים של החלטות חיפוש מזון בבעלי חיים חופשיים, העברה זמנית של צמחי דבקון למקומות חדשים ומדידת שיעורי ביקור.

תקציר

דבקון פרי מציג מערכת מודל להבנת החלטות המתקבלות על ידי בעלי חיים מחפשי מזון בעת איתור מזון. היכן, מתי וכיצד בעלי חיים מוצאים מזון הוא מרכזי בשאלות אקולוגיות רבות, הנוגעות לבסיס ההחלטות האישיות של חיפוש מזון ולמידה שבה החלטות אלה מולדות או נרכשות. אקולוגים הקדישו תשומת לב מיוחדת לפרוגיבורים, וכימתו את העדפתם לפירות בעלי צורות, צבעים או ריחות ספציפיים, שלאורך זמן אבולוציוניים מעניקים סלקציה לקבוצות של תכונות בצמחים המועדפים עליהם שאת זרעיהם הם מפיצים.

עבודה זו מתארת גישה ניסויית חדשה למניפולציה של הופעת צמחי מזון ולמדידת התגובה של חיות בר חופשיות, המתאימה באופן אידיאלי לחקר המקור האבולוציוני והתחזוקה האקולוגית של פיזור הזרעים. פרוטוקול "גזור והדבק" זה כולל הוצאת צמח דבקון פרי שלם מהמארח שלו והחזרתו למיקומו המקורי או העברתו למיקום חדש, והצמדתו ל'פסאודו-מארח' של אותו מין עצים או שונה. על ידי ספירת ביקורים בדבקון וציון משך הזמן, המינים וההתנהגויות, סדרה של השוואות יכולה להבחין בגורמים החשובים ביותר המשפיעים על החלטות חיפוש מזון ועל ההשלכות הן על הצמח והן על בעלי החיים. כאן, הפרוטוקול מודגם עם מקרה בוחן כדי לקבוע הבדלים בין גילדות בחסכון דבקון.

הגישה הניסיונית מפרקת את הבסיס המכניסטי של היווצרות וליטוש תמונות חיפוש, למידה מרחבית, הבדלים בין-ספציפיים באסטרטגיות חיפוש מזון, וכיצד שינויים אלה משנים את יעילות פיזור הזרעים. לבסוף, שינויים פוטנציאליים נשקלים ביחס להתייחסות לשאלות אחרות על אקולוגיה של חיפוש מזון, אינטראקציות בין צמחים לבעלי חיים ואבולוציה משותפת.

מבוא

איך בעלי חיים מוצאים מזון? זוהי שאלה פשוטה באופן מטעה, המשלבת קוגניציה, תפיסה חושית ודרישות מטבוליות עם מבנה בית הגידול, אינטראקציות בין-ספציפיות ושונות בזמינות המשאבים במרחב ובזמן. רוב ההתקדמות המושגית בהבנת נושא זה הגיעה מחקר של בעלי חיים בשבי, שם ^{ניתן לתמרן} את איכות, כמות ונגישות המשאבים. בעוד ששיטות שבי שימושיות לביסוס יכולות חושיות, העדפות איכותיות ואיכויות תזונתיות של מזון, שיטות שבי אינן חושפות כיצד בעלי חיים ממלאים את הדרישות הללו בטבע.

מחקרים ניסויים מוקדמים על שימוש במשאבים על ידי בעלי חיים חופשיים ביקשו להבין את הגבול התחתון של זמינות המזון שאורגניזם יגיע אליו לפני שיחליט להאכיל במקום אחר (משפט הערך השולי של צ'רנוב³). גישה זו, הידועה בשם "ויתור על צפיפות", מכמתת את מידת הסיכון שבעל חיים מוכן לסבול - למשל, כמה בלוטים למטר רבוע סנאי מוכן להשאיר מאחור כאשר הוא ניזון ביערות בצפיפות שונה שבהם ניתן לזהות טורפים בצורות^שונות. בעוד שמסגרת זו יושמה על מגוון רחב של משאבי מזון ומערכות אקולוגיות, הבסיס הבנוי בהכרח של הגישה מגביל את יישומה ויכול לבלבל את הפרשנות של ההבדלים המדווחים⁵. יתר על כן, הגורמים הקובעים את הוויתור על הצפיפות קשורים יותר לערנות, העדפות בתי גידול ותחרות מאשר לאקולוגיה של חיפוש מזון (הידועה בשם אקולוגיה של פחד⁶). גישה זו רק לעתים רחוקות מסוגלת ללכוד את האטרקטיביות של משאב מזון בטבע עבור בעל חיים חופשי. לפיכך, מחקרים על פרוגיבוריה מבוססים בדרך כלל על תצפית על התנהגות פראית עם השלכות הן על צמחים והן על בעלי חיים הנגזרות מההתנהגויות המתקבלות.

החלטות חיפוש מזון המתקבלות על ידי פרוגיבורים בעת בחירת פרי עשויות להיות תלויות בתכונות רבות ושונות המתבטאות פיזית על ידי הצמח במונחים של שפע, איכות וזמינות עונתית. עד כמה קל לאתר, לצרוך ולעבור דרך המעיים של הפירות משחק גם תפקיד בבחירה על ידי פרוגיבורים, מה שמקשה על הפרדת ההתנהגות הנלמדת הפוטנציאלית מההתנהגות התורשתית. העבודה הנוכחית מציגה גישה חדשה למניפולציה של זמינות ומיקום משאבים כדי למדוד את התגובה של חיות בר שחיות בחופשיות בזמן שהן מחפשות מזון בסביבתן הטבעית. שיטה זו מתאימה באופן אידיאלי לענות על שאלות הנוגעות לרמזים שבעלי חיים שונים משתמשים בהם כדי לאתר מזון – במקרה המוצג כאן, הפרי העשיר באנרגיה של צמחי דבקון טפיליים. הגישה כוללת הסרת צמחי דבקון שלמים מהעצים המארחים שלהם והעברתם לעצים אחרים מאותו מין או ממין שונה.

שימו לב שמחקר המקרה שהוצג מתמקד בפירות, פרוגיבורים והאינטראקציה בין רוחב תזונתי לבין ההשלכות על פיזור הזרעים. עם זאת, עבור עבודה על אוכלי נקטריבים או אוכלי עלים, ניתן ליישם את אותה גישה על דבקון פורח או דבקון שאינו רבייה, בהתאמה. דבקון הוא מודל אידיאלי לשימוש בגישה זו, ונמצא ביערות וביערות ברחבי העולם ומבקרים בו מגוון רחב^{של בעלי חיים}. במונחים של פירות, למרות שרוב המחקרים התמקדו במומחי פרי דבקון שאוכלים מעט יותר⁸, מגוון גדול של פרוגיבורים כלליים ואופורטוניסטים עם תזונה רחבה יותר צורכים באופן קבוע פרי דבקון⁹. לבסוף, גודלם, הרגלי הגדילה והפיזיונומיה שלהם הופכים אותם לנגישים במיוחד למניפולציה ניסיונית^.

מחקר במערכת חורש צחיחה למחצה הראה שצפיפות העלווה השפיעה על הופעתם של דבקון לציפורים אוכלי פירות¹¹, אך שאלות רבות נותרו ללא מענה. האם ציפורים מחפשות דבקון או דבקון פרי ? עבור אוכלוסיות הדבקון התלויות במין מארח יחיד, האם ציפורים מחפשות את הדבקון או את המארח העיקרי שלהן? האם קבוצות שמחפשות מזון בעיקר, מדי פעם או באופן אופורטוניסטי על פרי דבקון משתמשות ברמזים שונים כדי למצוא פרי דבקון?

כדי לענות על שאלות אלה ולנתק את ההשפעה של זהות המארח, ההקשר המרחבי ומיקום הדבקון על ביקור הציפורים, הומצא פרוטוקול רילוקיישן חדש; הניסוי הזה משמש כמקרה מבחן. הפרוטוקול מודגם בהוראות שלב אחר שלב כדי לקבוע כיצד ציפורים מאתרות פירות בחורש מורכב מבחינה מבנית. בנוסף לחקירת שאלות אחרות המטופלות בקלות באמצעות טכניקה זו, ניתנת התייחסות לאופן שבו ניתן לשלב שיטה זו עם שיטות שדה אקולוגיות אחרות כדי להבין את הבסיס המכניסטי של אקולוגיה של חיפוש מזון בחופות יער ויערות.

היישום הראשוני של גישה ניסיונית זו היה לקבוע כיצד ציפורים מוצאות מזון בחופת חורש הטרוגנית על ידי העברת צמחי דבקון שלמים. פרוטוקול זה משתרע על פני יומיים - בחירת הדבקון ביום הראשון למניפולציה, ולאחר מכן הדבקה, התבוננות וניתוק הדבקון ביום השני. לערוך ניסויים משוכפלים בימים עוקבים; בחר את הדבקון לניסיון הבא ביום השני של הניסיון הראשון. במחקר המקרה להמחשה, ביקורי ציפורים בדבקון הושוו בין שלושה מיקומים פונדקאים שונים, המכונים טיפולים כאן.

כדי לעשות זאת, צמח דבקון אפור יחיד (Amyema quandang) נחתך מהצמח המארח שלו והוצמד לאחד משלושת המיקומים: 1) העץ המארח המקורי שלו, 2) עץ פסאודו-מארח , או 3) עץ מארח חדש . הטיפול המקורי במארח שמר הן על המיקום המרחבי והן על זהות המארח קבוע תוך שליטה על השפעות החיתוך. הטיפול בפסאודו-מארח כלל הדבקה זמנית של הדבקון לפרט אחר מאותו מין כמו הפונדקאי (במחקר מקרה זה, Yarran (Acacia homalophylla)) אך עם מעט דבקון קיים או ללא דבקון כדי להבחין בתפקידים של זיכרון מרחבי לעומת אסוציאציה של מארח. הפונדקאי החדש, פרט ממין עץ אחר שאינו מארח דבקון (עבור אתר חקר המקרה, אורן ברוש לבן (Callitris glaucophylla)) הבהיר אם תמונת החיפוש המשמשת את צרכני פירות הדבקון מתייחסת לדבקון עצמו או לפונדקאי העיקרי.

פרוטוקול

פרוטוקול ניסיוני זה פותח ונוסה באופן ניסיוני תחת מתן וציות להנחיות הרשות למחקר בבעלי חיים של האוניברסיטה הטכנולוגית של סידני (UTS ACEC 2013-745). הפרוטוקול אינו מחייב טיפול בבעלי חיים. צמחים מקומיים עברו מניפולציה ניסויית באישור רישיון מדעי של פארקים לאומיים וחיות בר (SL101337).

1. לקבוע אתר, מינים ושיקולים אתיים מתאימים

1. בחר את סוג המערכת האקולוגית ומיקום המחקר.
   1. חפש אתר מתאים עם דבקון בשפע, מארח דבקון רגיל אחד, ולפחות מין אחד של עץ/שיח שבדרך כלל אינו מארח דבקון.
      הערה: מקרה הבוחן בוצע ביער צחיח למחצה, ניו סאות' ויילס, אוסטרליה.
2. זהה את התקופה הרלוונטית מבחינה אקולוגית בשנה למחקר.
   1. קבעו מראש מתי דבקון מניב פרי. קחו בחשבון שאלו עשויות להיות תקופות שונות של השנה, בהתאם לפרופיל העונתי של אזור נתון.
      הערה: במקרה זה, מיני דבקון פורים במשך כמה חודשים במהלך האביב-קיץ.
3. בחר גודל מדבקה העונה על שאלת המחקר.
   1. אם המין הנצפה הוא טריטוריאלי, בחר גודל טלאי המשקף זאת.
   2. אם שפע מיני הדבקון הוא טלאים, בחר מספר טלאים והיה מוכן לשקף את השונות בניתוח הסטטיסטי.
4. לזהות את המינים הדומיננטיים במערכת האקולוגית ובמיקום הנבחרים.
   הערה: באתר חקר המקרה, מיני חופת העצים הדומיננטיים כללו Callitris glaucophylla (אורן ברוש לבן), שיטה הומלופילית (Yarran) ו-Casuarina cristata (Belah), עם עמדות תת-דומיננטיות של Allocasuarina luehmannii (Buloke) ואקליפטוס populneus (קופסת בימבל). Amyema quandang (דבקון אפור; Loranthaceae) הוא הדבקון העיקרי באזור, הגדל כמעט אך ורק על שיטה הומאלופילית (Yarran) באתר המחקר.
5. זהה את דבקון המטרה והכיר את בעלי החיים שמחפשים עליו.
   הערה: לדוגמה, במחקר המקרה, דבקון אפור מייצר פירות בשרניים צהובים בהירים¹² הנאכלים על ידי שני דבקונים מומחים (דבקון, Dicaeidae, Dicaeum hirundinaceum, ואוכל דבש צבוע, Meliphagidae, Grantiella picta) וארבעה פרוגיבורים כלליים (Silvereye, Zosterops lateralis; אוכל דבש קוצני-לחיים, Acanthagenys rufogularis; אוכל דבש מזמר, Lichenstomus virescens; אוכל דבש מפוספס, Plectorhyncha lanceolata), עם מינים רבים אחרים שאוכלים את הפירות באופן אופורטוניסטי ומדי פעם מפזרים את הזרעים^13,12.
6. בחר את המספר האידיאלי של שכפולים למחקר, בהתחשב במספר הימים הכולל הנדרש להשלמת כל ניסויי שכפול של יומיים. כדי להפחית את מספר הימים שבהם הניסוי ירוץ, בקש מהצופה לצפות בשני שכפולים בו זמנית, עם מרחק מספיק בין שני השכפולים כדי למזער הפרעות.
   הערה: במחקר המקרה, נאספו נתונים עבור 20 שכפולים עבור כל אחד משלושת טיפולי הרילוקיישן (60 דבקונים בודדים), במהלך 60 יום, עם יום אחד של תצפית לכל שכפול, באופן אקראי בין טיפולים.
7. ערכו מחקר פיילוט כדי להאריך את המרץ של הדבקון לאחר שנחתך מהצמח המארח על ידי השוואת ביקורים לדבקון עם ובלי הקצוות החתוכים החתוכים החתומים בדבק.
   1. אם אין הבדל מבחינת נבילה או ביקור ציפורים במשך 12 שעות של כל ניסוי, קחו בחשבון את הדבקון כשומר על מרץ מספיק עד שעות אחר הצהריים המאוחרות.
   2. אם ביקור הציפורים נמוך משמעותית לחיתוך דבקון, בחר מין דבקון אחר ו/או סביבה לחה יותר שבה האידוי איטי יותר.
8. ודא שכל האישורים הרלוונטיים קיימים, הן לאיסוף צמחים מקומיים והן לצפייה בחיות בר. מכיוון שפרוטוקול זה כולל חיתוך דבקון חי מהחופה, הימנע מעבודה באוכלוסיות דבקון המעוררות חשש לשימור. יתר על כן, בהתחשב בהסתמכות של בעלי חיים רבים על דבקון הן כמקור מזון והן כמקום קינון/קינון, ודא שהניסוי לא יגרום להפרעה מתמשכת לקהילה האקולוגית הנחקרת.
   1. קבל אישורים מתאימים מהסוכנות הממשלתית הרלוונטית והתייעץ עם ועדת הטיפול והאתיקה בבעלי חיים של מוסד החוקר, תוך איזון כל השפעות לטווח קצר עם הערך המדעי של המחקר המוצע. שים לב שלא נדרש טיפול בחיות בר במפורש לשיטה זו.

2. זיהוי זוגות דבקון-מארח בודדים

1. לפחות יום אחד לפני ביצוע הניסוי, אתר צמחי דבקון מתאימים על המארחים המתאימים, ובמידת הצורך, פסאודו-מארחים מתאימים או פונדקאים חדשים.
   1. בעת בחירת מיקומים להדבקת הדבקון, ודא שהענף חזק מספיק כדי להחזיק את משקל הדבקון.
   2. בעת בחירת דבקון בודד מטרה, קחו בחשבון את עובי הענף המארח והאם הדבקון שנבחר גדל בקצה הסופי של הענף או באמצע הדרך.
      1. אין לבחור ענפים פונדקאים בקוטר של מעל 70 מ"מ או דבקון הגדלים באמצע הדרך לאורך ענף מארח שעדיין נושא עלווה פונדקאי. לחלופין, גזמו ענפים כאלה מעל האוסטוריום כדי למנוע קושי בחיתוך הענף המארח או הובלת העלווה המארחת יחד עם הדבקון.
   3. בחר את מיקום המארח החדש שיאפשר להצמיד את הדבקון באותו כיוון שבו הוא גדל, למשל, אם כל הענפים שלו צונחים מטה בצורת טיפת דמעה, ודא שהם עושים זאת גם במיקום החדש (איור 2).
   4. בדוק מקרוב כל דבקון מועמד כדי לוודא שאין קנים פעילים בתוכם או בקרבתם.
   5. בחר צמחי דבקון שניתן להגיע אליהם בבטחה ולהוציא אותם מהמארח שלהם לפני עלות השחר. אם יש להשתמש בסולמות, ודא שהקרקע מתחת לכל עץ נקייה מנחשים, מחילות בעלי חיים ומכשולים.
   6. שימו לב לפנולוגיה (כלומר, נוכחות של פרי בשל או פרחים פתוחים).
2. רשום פרטים של צמחי ניסוי. סמן את זוג צמחי המטרה בצורה לא פולשנית כדי להימנע מהפרעה לבעלי חיים, למשל, תג בד לא בולט, מקל או יתד באדמה בקרבת מקום או קואורדינטות GPS.

3. חיתוך הדבקון

1. לפחות שעה לפני עלות השחר ביום התצפיות, הסר את הדבקון מהמארח שלו באמצעות מסור גיזום נקי.
   1. בהתאם לדפוס ההסתעפות של הדבקון, חותכים משני צידי האוסטוריום אך חותכים את הפרוקסימלי (כלומר, במעלה הזרם) לחיבור עם המארח ומסירים את כל הדבקון.
   2. היזהר בעת חיתוך, כריתה תחילה כדי למזער את הנזק לעץ המארח. זכור להיות ממוקם היטב ו/או שאדם שני יסייע בתהליך זה, מכיוון שהדבקון המוסר עשוי להיות כבד מהצפוי.
      1. עבור צמחי דבקון גדולים יותר, סובב חבל ארוך סביב החלק הפרוקסימלי של הענף המארח (בין הגזע לאוסטוריום) לפני קשירתו היטב לדבקון לפני האבססיה, מה שמאפשר להוריד את הצמח בבטחה לקרקע מבלי לאבד ענפים שבירים באופן אופייני.
   3. נקו היטב את המסור עם אתנול לאחר כל הסרת דבקון בודדת.

4. הצמדת (הדבקה) של הדבקון

1. לאחר הסרת הדבקון, הצמד אותו למיקום הסופי באמצעות אזיקוני כבלים שחורים. וודאו שהדבקון לא מתנדנד בצורה לא טבעית ברוח או נופל אם חיה גדולה יותר נוחתת עליו. הפוך את אזיקוני הכבלים לבלתי בולטים ככל האפשר, חתך קצוות ארוכים ולא השאיר זבל מאחור לבעלי חיים סקרנים למצוא.
2. כמתואר בשלב 2.1.3, ודא שהצמח שהועבר מאובטח בכיוון דומה להרגל הגידול המקורי שלו.

5. לאסוף נתוני ביקורים

1. בנוסף לציון מיני בעלי חיים ומשך הביקור, אסוף נתונים התנהגותיים להבחנה בין סוגים שונים של ביקורים, כולל חיפוש חרקים באופן פעיל, ביקור וחיטוט פרחים, לקיחת פירות, אינטראקציות אגוניסטיות וכיכר. השתמש בשעונים מתוזמנים עם משקפת או עם מצלמות המופעלות בתנועה המותקנות בלילה הקודם.
   1. אם אתה משתמש במצלמות, ערוך ניסויים ראשוניים באמצעות הגדרות רגישות ומיקומים שונים כדי למזער הפעלה שגויה.
   2. עבור שעונים מתוזמנים, התבונן בו-זמנית בדבקון מרובה מנקודת תצפית אחת. במהלך תקופה זו, רשמו כל ביקור בדבקון שהועבר על ידי תצפית ישירה ממרחק של 5-10 מ', תוך ציון זהותה של כל ציפור ומשך כל ביקור (לפי¹¹). חלקו את המינים המבקרים לשלוש קבוצות פונקציונליות מבוססות תזונה.
      הערה: מחקר מקרה זה השתמש בשיטה זו, עם תקופת תצפית של כ-6.5 שעות בין 7:30 בבוקר ל-6:30 בערב, בשני רחובות במהלך הבוקר ואחר הצהריים, תוך הימנעות מחום היום שבו הייתה פעילות מועטה של ציפורים תוך כדי לכידת פעילות שיא של ליקוט^{מזון 14,15}.

6. לאסוף נתונים הקשריים על מיקומם של צמחי דבקון

1. בנוסף לציון האם כל צמח הוא בקרה (כלומר, נחתך והוחזר למיקומו המקורי) או צמח שהועבר, רשום תכונות של המארח (מין, גובה, קוטר), דבקון (גודל, צפיפות עלווה, פנולוגיה, גובה, אספקט, מספר פירות) והקשר (מרחק לדבקון הקרוב ביותר, מרחק לצמחי פרי / פרחים אחרים).
2. השתמש בניטור נקודת צילום הן של דבקון והן של פסאודו-מארח כהשלמה יעילה לאיסוף נתונים כמותי קונבנציונלי, עם תוכנת ניתוח תמונה המסוגלת ליצור בקלות הערכות של סגירת חופה ותכונות פיזיונומיות אחרות.

7. משימות סוף תצפית

1. עבור מחקרי פיזור זרעים, העריכו את מספר הפירות שהוסרו על ידי ספירת המספר הכולל של פירות בשלים לפני ואחרי תקופת הניסוי. בדוק את הקרקע אם יש כובעי פרי או פירות שנפלו לפני הסרת הדבקון.
2. בסוף כל יום איסוף נתונים, לאחר איסוף נתוני הביקור, הסר את הדבקון שהועבר ואסוף את כל אזיקוני הכבלים וכל סרט או תגים מסומנים.

תוצאות

נתונים בסך הכל של 392 שעות תצפית נאספו על פני 60 החזרות, כאשר 26 מהדבקון המשוכפל זכו לביקורים מ-15 מינים של ציפורים. כדי לקבוע אם הציפורים המבקרות העדיפו טיפול אחד על פני אחר, נתוני הביקור נותחו באמצעות מודלים ליניאריים כלליים (GzLMs)¹⁷ עם התפלגויות בינומיות שליליות (לאחר^18,19). ארבעה משתנים נכללו כמשתנים משותפים: גובה המארח, כיסוי חופת המארח, מספר הדבקון על הפונדקאי ומספר הפירות על הדבקון הטיפולי. כאשר רק טיפול נכלל במודל, היה הבדל משמעות...

דיון

שיטה חדשנית זו מייצגת אמצעי חסכוני להבנת הבסיס המכניסטי של הבדלי ליקוט בין מינים וגילדות האכלה, וחושפת את התפקיד הקריטי של למידה מוקדמת ומודעות מרחבית בקביעת האופן שבו ציפורים מוצאות פירות בשלים בסביבות מורכבות מבחינה מבנית. על ידי ניתוק המיקום המרחבי מרמזים קרובים אחרים, ניתן היה להוכיח כי פרוגיבורים כלליים מבקרים צמחים במקומות ידועים, במקום להסתמך על אסוציאציות עם בתי גידול מסוימים, בעוד שמומחים השתמשו ברמזים קרובים יותר של זמינות משאבים ללא קשר להקשר המרחבי.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
רפידות ניקוי אלכוהול	ספקי ייעור	25557	SmartCompliance עזרה ראשונה מילוי ארון
	יערות סולם ספקי	90905	Telesteps 12.5' סולם טלסקופי
מצלמה מופעלת בתנועה	ספקי ייעור	91269	Reconyx HF2X HyperFire 2 מצלמה
קשרי כבל ניילון	ספקי ייעור	17032	שחור הוא הצבע המועדף
ספקי ייעור	מסור גיזום	81154	דגם מתקפל עדיף כדי למזער פציעה, עם מסורים רכובים על מוט מומלץ אם לא ניתן להשתמש בסולמות לגישה לצמחים גבוהים