Tymczasowa translokacja całych roślin jemioły w celu zrozumienia mechanistycznych podstaw decyzji dotyczących żerowania zwierząt

Podsumowanie

Ta praca przedstawia prostą procedurę eksperymentalną do ilościowego określenia behawioralnych czynników wpływających na decyzje dotyczące poszukiwania pożywienia u zwierząt wolno żyjących, tymczasowego przenoszenia roślin jemioły w nowe miejsca i mierzenia wskaźników odwiedzin.

Streszczenie

Owocujące jemioły prezentują modelowy system do zrozumienia decyzji podejmowanych przez zwierzęta zbierające podczas szukania pożywienia. To, gdzie, kiedy i w jaki sposób zwierzęta znajdują pożywienie, ma kluczowe znaczenie dla wielu kwestii ekologicznych, związanych z podstawami indywidualnych decyzji dotyczących żerowania i zakresem, w jakim te decyzje są wrodzone lub nabyte. Ekolodzy zwrócili szczególną uwagę na owocożerców, określając ilościowo ich preferencje dla owoców o określonych kształtach, kolorach lub zapachach, które w czasie ewolucji nadają selekcję zestawów cech u ich ulubionych roślin, których nasiona rozsiewają.

Ta praca przedstawia nowatorskie eksperymentalne podejście do manipulowania występowaniem roślin spożywczych i mierzenia reakcji dzikich, wolno żyjących zwierząt, idealnie nadające się do badania ewolucyjnego pochodzenia i ekologicznego utrzymania rozsiewania nasion. Ten protokół "wytnij i wklej" polega na usunięciu całej owocującej jemioły z jej żywiciela i albo przywróceniu jej do pierwotnej lokalizacji, albo przeniesieniu jej w nowe miejsce, przyczepiając ją do "pseudo-żywiciela" tego samego lub różnych gatunków drzew. Licząc wizyty u jemioły i odnotowując czas trwania, gatunek i zachowania, seria porównań może dostrzec najważniejsze czynniki wpływające na decyzje dotyczące żerowania i konsekwencje zarówno dla roślin, jak i zwierząt. W tym miejscu protokół jest zilustrowany studium przypadku w celu określenia różnic między gildiami w produkcji jemioły.

Eksperymentalne podejście omawia mechanistyczne podstawy tworzenia i udoskonalania obrazów wyszukiwania, uczenie się przestrzenne, różnice międzygatunkowe w strategiach żerowania oraz to, jak te zmiany modyfikują skuteczność rozsiewania nasion. Wreszcie, rozważane są potencjalne modyfikacje w odniesieniu do odpowiedzi na inne pytania dotyczące ekologii żerowania, interakcji roślina-zwierzę i koewolucji.

Wprowadzenie

Jak zwierzęta znajdują pożywienie? Jest to zwodniczo proste pytanie, integrujące poznanie, percepcję zmysłową i wymagania metaboliczne ze strukturą siedliska, interakcjami międzygatunkowymi i zmiennością dostępności zasobów w przestrzeni i czasie. Większość postępów koncepcyjnych w zrozumieniu tego tematu pochodzi z badań nad zwierzętami trzymanymi w niewoli, gdzie można manipulować jakością, ilością i dostępnością zasobów^1,2. Chociaż metody trzymane w niewoli są przydatne do ustalania zdolności sensorycznych, preferencji jakościowych i wartości odżywczych żywności, nie ujawniają, w jaki sposób zwierzęta spełniają te wymagania na wolności.

Wczesne badania eksperymentalne nad wykorzystaniem zasobów przez zwierzęta wolno żyjące miały na celu zrozumienie dolnej granicy dostępności pożywienia, jaką organizm może osiągnąć przed podjęciem decyzji o żerowaniu gdzie indziej (twierdzenie Charnova o wartości krańcowej³). Podejście to, znane jako "rezygnacja z zagęszczenia", określa ilościowo, jak duże ryzyko zwierzę jest skłonne tolerować - np. ile żołędzi na metr kwadratowy wiewiórka jest gotowa pozostawić podczas żerowania w lasach o różnej gęstości, gdzie drapieżniki są wykrywalne w różny sposób⁴. Chociaż ramy te zostały zastosowane do szerokiego zakresu zasobów żywnościowych i ekosystemów, koniecznie skonstruowana podstawa podejścia ogranicza jego zastosowanie i może zakłócić interpretację zgłaszanych różnic⁵. Co więcej, determinanty rezygnacji z zagęszczenia odnoszą się bardziej do czujności, preferencji siedliskowych i konkurencji niż do ekologii żerowania (znanej zbiorczo jako ekologia strachu⁶). Takie podejście rzadko jest w stanie uchwycić atrakcyjność zasobu pokarmowego w naturze dla wolno żyjącego zwierzęcia. W związku z tym badania nad roślinami wiejskimi zwykle opierają się na obserwacji dzikich zachowań, z implikacjami zarówno dla roślin, jak i zwierząt, które wynikają z tych zachowań.

Decyzje dotyczące poszukiwania pożywienia podejmowane przez owocożerców przy wyborze owoców mogą zależeć od wielu różnych cech wyrażonych fizycznie przez roślinę pod względem obfitości, jakości i sezonowej dostępności. To, jak łatwo owoce są zlokalizowane, spożywane i przechodzą przez jelita, również odgrywa rolę w selekcji owocożerców, co utrudnia oddzielenie potencjalnie wyuczonego zachowania od odziedziczonego. Obecne prace wprowadzają nowe podejście do manipulowania dostępnością i lokalizacją zasobów w celu zmierzenia reakcji dzikich, wolno żyjących zwierząt podczas żerowania w swoim naturalnym środowisku. Metoda ta idealnie nadaje się do odpowiedzi na pytania dotyczące wskazówek, których różne zwierzęta używają do lokalizowania pożywienia - w przedstawionym tutaj przypadku są to bogate w energię owoce półpasożytniczych roślin jemioły. Podejście to polega na usunięciu całych roślin jemioły z ich drzew żywicielskich i przeniesieniu ich na inne drzewa tego samego lub innego gatunku.

Zauważ, że przedstawione studium przypadku skupia się na owocach, owocożercach i interakcji między szerokością diety a implikacjami dla rozsiewania nasion. Jednak w przypadku prac na nektarożercach lub roślinożercach to samo podejście można zastosować odpowiednio do jemioły kwitnącej lub jemioły niereprodukcyjnej. Jemioła jest idealnym modelem do wykorzystania w tym podejściu, ponieważ można je znaleźć w lasach i lasach na całym świecie i odwiedza szeroka gama zwierząt⁷. Jeśli chodzi o owoce, chociaż większość badań skupia się na specjalistach od owoców jemioły, którzy jedzą niewiele więcej⁸, duża grupa ogólnych owocożerców i oportunistów o szerszej diecie regularnie spożywa owoce jemioły⁹. Wreszcie, ich rozmiar, pokrój wzrostu i fizjonomia sprawiają, że są szczególnie podatne na eksperymentalną manipulację¹⁰.

Badania w półpustynnym systemie leśnym wykazały, że gęstość liści wpływa na wygląd jemioły dla ptaków jedzących owoce¹¹, ale wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi. Czy ptaki szukają jemioły lub jemioły owocnikującej? Czy w przypadku populacji jemioły zależnych od jednego gatunku żywiciela ptaki preferencyjnie poszukują jemioły czy ich głównego żywiciela? Czy grupy, które żerują głównie, okazjonalnie lub oportunistycznie na owocach jemioły, używają rozbieżnych wskazówek, aby znaleźć owoce jemioły?

Aby odpowiedzieć na te pytania i rozdzielić wpływ tożsamości gospodarza, kontekstu przestrzennego i lokalizacji jemioły na odwiedzanie ptaków, opracowano nowy protokół relokacji; eksperyment ten jest używany jako studium przypadku. Protokół jest ilustrowany instrukcjami krok po kroku, aby określić, w jaki sposób ptaki lokalizują owoce w złożonym strukturalnie lesie. Oprócz zbadania innych pytań, na które łatwo odpowiada się za pomocą tej techniki, rozważa się, w jaki sposób można zintegrować tę metodę z innymi ekologicznymi metodami terenowymi, aby zrozumieć mechanistyczne podstawy ekologii żerowania w koronach lasów i lasów.

Początkowe zastosowanie tego eksperymentalnego podejścia polegało na ustaleniu, w jaki sposób ptaki znajdują pożywienie w niejednorodnym baldachimie lasu, przenosząc całe rośliny jemioły. Protokół ten obejmuje 2 dni - wybór jemioły w dniu 1 do manipulacji, a następnie przymocowanie, obserwację i odłączenie jemioły w dniu 2. Przeprowadzanie powtórzonych prób w kolejnych dniach; Wybierz jemiołę do następnej próby w drugim dniu pierwszej próby. W ilustracyjnym studium przypadku odwiedziny ptaków u jemioły porównano w trzech różnych lokalizacjach żywiciela, zwanych tutaj zabiegami.

Aby to zrobić, pojedyncza owocująca roślina jemioły szarej (Amyema quandang) została wycięta z rośliny żywicielskiej i dołączona do jednego z trzech miejsc: 1) jej pierwotnego drzewa gospodarza, 2) pseudo-drzewa gospodarzy, lub 3) nowego drzewa gospodarzy. Pierwotna obróbka gospodarza utrzymywała zarówno stałą lokalizację przestrzenną, jak i tożsamość gospodarza, jednocześnie kontrolując efekty cięcia. Leczenie psuedo-gospodarza polegało na tymczasowym przyczepieniu jemioły do innego osobnika tego samego gatunku co gospodarz (w tym studium przypadku Yarran (Acacia homalophylla)), ale z niewielką liczbą lub brakiem istniejących jemioły, aby dostrzec role pamięci przestrzennej w porównaniu z asocjacją gospodarza. Nowy żywiciel, osobnik z innego gatunku drzewa, który nie jest żywicielem jemioły (w przypadku miejsca objętego badaniem, sosna cyprysowa biała (Callitris glaucophylla)) wyjaśnił, czy wyszukiwany obraz używany przez konsumentów owoców jemioły odnosi się do samej jemioły, czy do głównego żywiciela.

Protokół

Ten eksperymentalny protokół został opracowany i eksperymentalnie przetestowany zgodnie z wytycznymi Animal Research Authority Uniwersytetu Technologicznego w Sydney (UTS ACEC 2013-745). Protokół nie wymaga obchodzenia się ze zwierzętami. Rodzime rośliny zostały eksperymentalnie zmanipulowane za zgodą National Parks and Wildlife scientific license (SL101337).

1. Określ odpowiednie miejsce, gatunek i względy etyczne

1. Wybierz typ ekosystemu i miejsce badania.
   1. Poszukaj odpowiedniego miejsca z dużą ilością jemioły, jednym zwykłym żywicielem jemioły i co najmniej jednym gatunkiem drzewa/krzewu, który zwykle nie jest gospodarzem jemioły.
      UWAGA: Studium przypadku zostało przeprowadzone w półpustynnym lesie w Nowej Południowej Walii w Australii.
2. Określ ekologicznie odpowiednią porę roku dla badania.
   1. Określ, kiedy jemioła owocnikuje. Weź pod uwagę, że mogą to być różne pory roku, w zależności od profilu sezonowego danego obszaru.
      UWAGA: W tym przypadku gatunki jemioły owocnikują przez kilka miesięcy w okresie wiosenno-letnim.
3. Wybierz rozmiar łaty, który spełnia pytanie badawcze.
   1. Jeśli obserwowany gatunek jest terytorialny, wybierz rozmiar plamy, który to odzwierciedla.
   2. Jeśli liczebność gatunków jemioły jest niejednolita, wybierz kilka plam i przygotuj się na odzwierciedlenie wariancji w analizie statystycznej.
4. Zidentyfikuj gatunki dominujące w wybranym ekosystemie i lokalizacji.
   UWAGA: Na stanowisku objętym studium przypadku dominującymi gatunkami koron drzew były Callitris glaucophylla (cyprysik biały), Acacia homalophylla (Yarran) i Casuarina cristata (Belah), z subdominującymi stanowiskami Allocasuarina luehmannii (Buloke) i Eucalyptus populneus (Bimble box). Amyema quandang (jemioła szara; Loranthaceae) jest główną jemiołą na tym obszarze, rosnącą prawie wyłącznie na Acacia homalophylla (Yarran) w badanym miejscu.
5. Zidentyfikuj docelową jemiołę i zapoznaj się ze zwierzętami, które na niej żerują.
   UWAGA: Na przykład w studium przypadku jemioła szara wytwarza bladożółte, mięsiste owoce¹², które są zjadane przez dwa owocożerne zwierzęta specjalizujące się w jemiołach (jemioła, Dicaeidae, Dicaeum hirundinaceum i miodojad malowany, Meliphagidae, Grantiella picta) i cztery owocożerne (Silvereye, Zosterops lateralis; miodojad o kolczastych policzkach, Acanthagenys rufogularis; Śpiewający miodojad, Lichenstomus virescens; Miodojad pasiasty, Plectorhyncha lanceolata), z wieloma innymi gatunkami oportunistycznie zjadającymi owoce i od czasu do czasu rozsiewającymi nasiona^13,12.
6. Należy wybrać idealną liczbę powtórzeń do badania, biorąc pod uwagę łączną liczbę dni wymaganych do ukończenia każdej 2-dniowej próby. Aby skrócić liczbę dni, w których eksperyment będzie trwał, poproś obserwatora, aby obserwował dwie kontrpróby jednocześnie, z zachowaniem wystarczającej odległości między dwiema powtórzeniami, aby zminimalizować zakłócenia.
   UWAGA: W studium przypadku zebrano dane dla 20 powtórzeń dla każdego z trzech zabiegów relokacji (60 pojedynczych jemioli), w ciągu 60 dni, z 1 dniem obserwacji na powtórzenie, losowo rozmieszczonymi między zabiegami.
7. Przeprowadź badanie pilotażowe, aby przedłużyć wigor jemioły po odcięciu od rośliny żywicielskiej, porównując odwiedziny z jemiołą z odciętymi końcami i bez nich uszczelnionymi klejem.
   1. Jeśli nie ma różnicy ani pod względem więdnięcia, ani odwiedzania ptaków przez 12 godzin każdej próby, należy wziąć pod uwagę, że jemioła zachowuje wystarczający wigor do późnego popołudnia.
   2. Jeśli wizyta ptaków jest znacznie mniejsza w celu cięcia jemioły, wybierz inny gatunek jemioły i/lub bardziej wilgotne środowisko, w którym parowanie jest wolniejsze.
8. Upewnij się, że masz wszystkie odpowiednie uprawnienia, zarówno do zbierania rodzimych roślin, jak i do obserwacji dzikiej przyrody. Ponieważ protokół ten obejmuje wycinanie żywych jemioły z baldachimu, należy unikać pracy w populacjach jemioły budzących obawy o ochronę. Ponadto, biorąc pod uwagę zależność wielu zwierząt od jemioły zarówno jako źródła pożywienia, jak i miejsca gniazdowania/odpoczynku, należy upewnić się, że eksperyment nie spowoduje trwałych zakłóceń w badanej społeczności ekologicznej.
   1. Uzyskać odpowiednie pozwolenia od odpowiedniej agencji rządowej i skonsultować się z komisją ds. opieki nad zwierzętami i etyki instytucji badawczej, równoważąc wszelkie krótkoterminowe skutki z wartością naukową proponowanego badania. Należy pamiętać, że w przypadku tej metody nie jest jawnie wymagane obchodzenie się z dzikimi zwierzętami.

2. Zidentyfikuj poszczególne pary jemioła-gospodarz

1. Co najmniej 1 dzień przed przeprowadzeniem eksperymentu należy zlokalizować odpowiednie rośliny jemioły na odpowiednich żywicielach oraz, w stosownych przypadkach, na odpowiednich pseudożywicielach lub nowych żywicielach.
   1. Wybierając miejsca do przymocowania jemioły, upewnij się, że gałąź jest wystarczająco mocna, aby utrzymać ciężar jemioły.
   2. Wybierając docelową pojedynczą jemiołę, weź pod uwagę grubość gałęzi gospodarza i to, czy wybrana jemioła rośnie na końcowym końcu gałęzi, czy w połowie długości.
      1. Nie wybieraj gałęzi żywiciela o średnicy powyżej 70 mm ani jemioły rosnącej w połowie długości gałęzi żywiciela, która nadal ma liście żywiciela. Alternatywnie przycinaj takie gałęzie powyżej haustorium, aby uniknąć trudności w cięciu gałęzi żywiciela lub przenoszeniu liści żywiciela wraz z jemiołą.
   3. Wybierz nową lokalizację żywiciela, która pozwoli na umieszczenie jemioły w tej samej orientacji, w jakiej rosła, np. jeśli wszystkie jej gałęzie opadają w kształcie łzy, upewnij się, że robią to również w nowym miejscu (Rysunek 2).
   4. Sprawdź dokładnie każdą kandydatkę na jemiołę, aby upewnić się, że w jej obrębie lub w pobliżu nie znajdują się żadne aktywne gniazda.
   5. Wybierz rośliny jemioły, do których można bezpiecznie dotrzeć i usunąć je z żywiciela przed świtem. Jeśli mają być używane drabiny, upewnij się, że ziemia pod każdym drzewem jest wolna od węży, nor zwierząt i przeszkód.
   6. Zwróć uwagę na fenologię (tj. obecność dojrzałych owoców lub otwartych kwiatów).
2. Rejestruj szczegółowe informacje o zakładach doświadczalnych. Oznacz docelową parę roślin w dyskretny sposób, aby nie przeszkadzać zwierzętom, np. niepozornej zawieszce z tkaniny, patykowi lub kołkowi w ziemi w pobliżu lub współrzędnym GPS.

3. Cięcie jemioły

1. Co najmniej 1 godzinę przed świtem w dniu obserwacji usuń jemiołę z żywiciela za pomocą czystej piły do przycinania.
   1. W zależności od wzoru rozgałęzień jemioły, odetnij po obu stronach haustorium, ale przetnij proksymalnie (tj. w górę rzeki) do połączenia z żywicielem i usuń całą jemiołę.
   2. Zachowaj ostrożność podczas cięcia, najpierw podcinaj, aby zminimalizować uszkodzenia drzewa żywicielskiego. Pamiętaj, aby być dobrze ustawionym i/lub mieć drugą osobę pomagającą w tym procesie, ponieważ odcięta jemioła może być cięższa niż przewidywano.
      1. W przypadku większych roślin jemioły owiń linę wokół bliższej części gałęzi żywiciela (między pniem a haustorium) przed bezpiecznym przywiązaniem jej do jemioły przed odcięciem, umożliwiając bezpieczne opuszczenie rośliny na ziemię bez utraty gałęzi, które są charakterystycznie kruche.
   3. Dokładnie wyczyść piłę etanolem po każdym pojedynczym usunięciu jemioły.

4. Dołączanie (wklejanie) jemioły

1. Po usunięciu jemioły przymocuj ją do ostatecznego miejsca za pomocą czarnych opasek zaciskowych. Upewnij się, że jemioła nie kołysze się nienaturalnie na wietrze ani nie spadnie, jeśli wyląduje na niej większe zwierzę. Spraw, aby opaski kablowe były jak najmniej widoczne, odetnij długie końce i nie zostawiaj śmieci, aby ciekawskie zwierzęta mogły je znaleźć.
2. Jak opisano w kroku 2.1.3, upewnij się, że przenoszona roślina jest zabezpieczona w orientacji podobnej do jej pierwotnego pokroju wzrostu.

5. Zbieraj dane o odwiedzinach

1. Oprócz rejestrowania gatunków zwierząt i czasu trwania wizyty, zbieraj dane behawioralne w celu rozróżnienia różnych rodzajów wizyt, w tym aktywnego żerowania owadów, odwiedzania i sondowania kwiatów, pobierania owoców, interakcji agonistycznych i próżniactwa. Używaj zegarków z zegarkiem z lornetką lub z kamerami aktywowanymi ruchem zamontowanymi poprzedniej nocy.
   1. Jeśli korzystasz z kamer, przeprowadź wstępne próby przy użyciu różnych ustawień czułości i lokalizacji, aby zminimalizować fałszywe wyzwalanie.
   2. W przypadku zegarków z pomiarem czasu obserwuj jednocześnie wiele jemioł z jednego punktu obserwacyjnego. W tym okresie rejestruj każdą wizytę w przeniesionych jemiołach poprzez bezpośrednią obserwację z odległości 5–10 m, odnotowując tożsamość każdego ptaka i czas trwania każdej wizyty (zgodnie z¹¹). Podziel odwiedzające gatunki na trzy grupy funkcjonalne oparte na diecie.
      UWAGA: W tym studium przypadku wykorzystano tę metodę, z okresem obserwacji wynoszącym około 6,5 godziny między 7:30 a 18:30, w dwóch blokach rano i po południu, unikając upałów w ciągu dnia, w których aktywność ptaków była niewielka, jednocześnie rejestrując szczytową aktywność żerowania^14,15.

6. Zbieraj dane kontekstowe na temat lokalizacji roślin jemioły

1. Oprócz odnotowania, czy każda roślina jest rośliną kontrolną (tj. ściętą i zwróconą do swojej pierwotnej lokalizacji), czy rośliną przeniesioną, zapisz atrybuty gospodarza (gatunek, wysokość, średnica), jemioły (rozmiar, gęstość liści, fenologia, wysokość, wygląd, liczba owoców) i kontekst (odległość do najbliższej jemioły, odległość od innych roślin owocujących / kwitnących).
2. Wykorzystaj monitorowanie fotopunktowe zarówno jemioły, jak i pseudogospodarza jako skuteczne uzupełnienie konwencjonalnego gromadzenia danych ilościowych, z oprogramowaniem do analizy obrazu, które jest w stanie łatwo generować szacunki zamknięcia korony drzew i innych atrybutów fizjonomicznych.

7. Zadania na końcu obserwacji

1. W przypadku badań rozsiewania nasion należy oszacować liczbę usuniętych owoców, licząc całkowitą liczbę dojrzałych owoców przed i po okresie doświadczalnym. Przed usunięciem jemioły sprawdź, czy na ziemi nie ma czapek owoców lub opadłych owoców.
2. Pod koniec każdego dnia zbierania danych, po zebraniu danych o odwiedzinach, usuń przeniesioną jemiołę i zbierz wszystkie opaski kablowe oraz wszelkie taśmy lub znaczniki flagowe.

Wyniki

Dane wynoszące łącznie 392 godziny obserwacji zostały zebrane w 60 powtórzeniach, z czego 26 z powtórzonych jemioły otrzymało wizyty od 15 gatunków ptaków. Aby ustalić, czy odwiedzające ptaki preferowały jeden zabieg nad drugim, dane dotyczące odwiedzin przeanalizowano za pomocą uogólnionych modeli liniowych (GzLMs)¹⁷ z ujemnym rozkładem dwumianowym (after^18,19). Jako zmienne towarzyszące uwzględniono cztery zmienne: wysokość żywiciela, po...

Dyskusja

Ta nowatorska metoda stanowi opłacalny sposób zrozumienia mechanistycznych podstaw różnic w żerowaniu między gatunkami i gildiami żywieniowymi, ujawniając kluczową rolę wcześniejszego uczenia się i świadomości przestrzennej w określaniu, w jaki sposób ptaki znajdują dojrzałe owoce w złożonych strukturalnie środowiskach. Oddzielając lokalizację przestrzenną od innych bliskich wskazówek, udało się wykazać, że owocożercy odwiedzają rośliny w znanych lokalizacjach, zamiast polegać na powiązaniach z konkretnymi siedliskami, p...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Płatki czyszczące nasączone alkoholem	Dostawcy leśnictwa	25557	SmartCompliance Szafka pierwszej pomocy Drabina uzupełniająca
	Dostawcy leśnictwa	90905	Telesteps 12,5' Drabina teleskopowa
Kamera wyzwalana ruchem	Dostawcy leśnictwa	91269	Kamera Reconyx HF2X HyperFire 2
Nylonowe opaski kablowe	Dostawcy leśnictwa	17032	Preferowanym kolorem jest
piła do przycinania	Dostawcy leśnictwa	81154	Preferowany jest model składany, aby zminimalizować obrażenia, z piłami montowanymi na słupie, jeśli nie można użyć drabin do uzyskania dostępu do wysokich roślin,