В экологии , Extermination Debt — это будущее вымирание видов из-за событий в прошлом. Фразы dead clade walking и survival without recovery выражают ту же идею. [1]
Долг вымирания возникает из-за временных задержек между воздействиями на вид, такими как разрушение среды обитания , и окончательным исчезновением вида. Например, долгоживущие деревья могут выживать в течение многих лет даже после того, как воспроизводство новых деревьев стало невозможным, и, таким образом, они могут быть обречены на вымирание. Технически долг вымирания обычно относится к числу видов в области, которая, вероятно, вымрет, а не к перспективам какого-либо одного вида, но в разговорной речи он относится к любому случаю отложенного вымирания.
Долг вымирания может быть локальным или глобальным, но большинство примеров являются локальными, поскольку их легче наблюдать и моделировать. Он, скорее всего, будет обнаружен у долгоживущих видов и видов с очень специфическими требованиями к среде обитания (специалисты). [2] Долг вымирания имеет важные последствия для сохранения, поскольку он подразумевает, что виды могут вымереть из-за прошлого разрушения среды обитания, даже если продолжающееся воздействие прекратится, и что текущих запасов может быть недостаточно для поддержания видов, которые их занимают. Такие вмешательства, как восстановление среды обитания , могут обратить вспять долг вымирания.
Кредит иммиграции является следствием долга вымирания. Он относится к числу видов, которые, вероятно, мигрируют в область после события, например, восстановления экосистемы . [3]
Термин «долг вымирания» был впервые использован в 1994 году в статье Дэвида Тилмана , Роберта Мэя , Кларенса Лемана и Мартина Новака [4] , хотя Джаред Даймонд использовал термин «время релаксации» для описания похожего явления в 1972 году [5].
Extinction debt также известен под терминами dead clade walking и survival without recovery [1] применительно к затронутым видам. Фраза «dead clade walking» была придумана Дэвидом Яблонски еще в 2001 году [1] как отсылка к фильму «Dead Man Walking» [6] , название которого основано на американском тюремном жаргоне , обозначающем последний путь осужденного заключенного к камере казни. «Dead clade walking» с тех пор появлялось в трудах других ученых о последствиях массовых вымираний. [7] [8]
В обсуждениях угроз биоразнообразию долг вымирания аналогичен « климатическому обязательству » в изменении климата , которое гласит, что инерция заставит Землю продолжать нагреваться в течение столетий, даже если больше не будет выбрасываться парниковых газов . Аналогично, текущее вымирание может продолжаться долгое время после того, как прекратится воздействие человека на виды.
Долг вымирания вызван многими из тех же движущих факторов, что и вымирание . Наиболее известными движущими факторами долга вымирания являются фрагментация среды обитания и разрушение среды обитания . [2] Они вызывают долг вымирания, снижая способность видов сохраняться посредством иммиграции в новые среды обитания. В условиях равновесия вид может вымереть в одном участке среды обитания, но продолжать выживать, поскольку он может расселиться по другим участкам. Однако, поскольку другие участки были уничтожены или стали недоступными из-за фрагментации, этот эффект «страхования» уменьшается, и вид в конечном итоге может вымереть.
Загрязнение также может стать причиной долга вымирания, снижая рождаемость вида или увеличивая смертность , в результате чего его популяция медленно сокращается. [9] Долги вымирания также могут быть вызваны инвазивными видами [10] или изменением климата .
Extinction debt также может возникнуть из-за потери видов -мутуалистов . В Новой Зеландии локальное вымирание нескольких видов птиц-опылителей в 1870 году вызвало долгосрочное сокращение воспроизводства кустарникового вида Rhabdothamnus solandri , которому эти птицы необходимы для производства семян. Однако, поскольку растение медленно растет и долго живет, его популяции сохраняются. [11]
Яблонски выделил по крайней мере четыре закономерности в палеонтологической летописи после массовых вымираний: [1]
Яблонски обнаружил, что скорость вымирания морских беспозвоночных была значительно выше на стадии (основное подразделение эпохи — обычно длительностью 2–10 миллионов лет) после массового вымирания, чем на стадиях, предшествующих массовому вымиранию. Его анализ был сосредоточен на морских моллюсках, поскольку они составляют самую многочисленную группу ископаемых и, следовательно, наименее склонны к ошибкам выборки . Яблонски предположил, что два возможных объяснения заслуживают дальнейшего изучения:
Время «выплаты» долга вымирания может быть очень долгим. Острова, которые потеряли среду обитания в конце последнего ледникового периода 10 000 лет назад, по-прежнему, по-видимому, теряют виды в результате этого. [5] Было показано, что некоторые мшанки , тип микроскопических морских организмов, вымерли из-за вулканического подъема Панамского перешейка . Это событие перекрыло поток питательных веществ из Тихого океана в Карибское море 3–4,5 миллиона лет назад. Хотя популяции мшанок в это время резко сократились, вымирание этих видов заняло еще 1–2 миллиона лет. [12]
Долги вымирания, возникшие из-за действий человека, имеют более короткие временные рамки. Локальное вымирание птиц из-за фрагментации тропических лесов происходит в течение многих лет или десятилетий, [13] в то время как растения на фрагментированных лугах показывают долги, длящиеся 50–100 лет. [14] Виды деревьев в фрагментированных лесах умеренного пояса имеют долги, длящиеся 200 лет и более. [15]
Тилман и др. продемонстрировали, что долг вымирания может возникнуть с использованием математической экосистемной модели метапопуляций видов . Метапопуляции — это множественные популяции вида, которые живут в отдельных участках среды обитания или на островах, но взаимодействуют посредством иммиграции между участками. В этой модели виды сохраняются посредством баланса между случайными локальными вымираниями в участках и колонизацией новых участков. Тилман и др. использовали эту модель для прогнозирования того, что виды будут сохраняться долгое время после того, как у них больше не будет достаточной среды обитания для их поддержки. При использовании для оценки долгов вымирания тропических видов деревьев модель предсказывала долги, длящиеся 50–400 лет. [4]
Одним из предположений, лежащих в основе первоначальной модели долга вымирания, был компромисс между конкурентоспособностью видов и способностью к колонизации. То есть вид, который хорошо конкурирует с другими видами и с большей вероятностью станет доминирующим в области, с меньшей вероятностью колонизирует новые места обитания из-за эволюционных компромиссов. Одним из следствий этого предположения является то, что лучшие конкуренты, которые могут быть даже более распространены, чем другие виды, с большей вероятностью вымрут, чем более редкие, менее конкурентоспособные, лучше рассеивающиеся виды. Это был один из наиболее спорных компонентов модели, поскольку существует мало доказательств этого компромисса во многих экосистемах, и во многих эмпирических исследованиях доминирующие конкуренты были наименее вероятными видами для вымирания. [16] Более поздняя модификация модели показала, что эти предположения о компромиссе могут быть смягчены, но должны существовать частично, чтобы теория работала. [17]
Дальнейшие теоретические исследования показали, что долг вымирания может возникать при многих различных обстоятельствах, обусловленных различными механизмами и при различных модельных предположениях. Первоначальная модель предсказывала долг вымирания как результат разрушения среды обитания в системе небольших изолированных сред обитания, таких как острова. Более поздние модели показали, что долг вымирания может возникать в системах, где разрушение среды обитания происходит на небольших участках в пределах большой площади среды обитания, как в подсечно-огневом земледелии в лесах, а также может возникать из-за снижения роста видов из-за загрязняющих веществ. [9] Однако прогнозируемые модели долга вымирания различаются в разных моделях. Например, считается, что разрушение среды обитания, напоминающее подсечно-огневое земледелие, влияет на редкие виды, а не на плохих колонизаторов. Модели, которые включают стохастичность или случайные колебания в популяциях, показывают, что долг вымирания происходит в других временных масштабах, чем классические модели. [18]
Совсем недавно долги вымирания были оценены с помощью моделей использования, полученных из нейтральной теории . Нейтральная теория имеет совершенно иные предположения, чем описанные выше модели метапопуляции. Она предсказывает, что численность и распределение видов можно предсказать полностью через случайные процессы, без учета особенностей отдельных видов. Поскольку долг вымирания возникает в моделях при таких разных предположениях, он устойчив к различным типам моделей. Модели, полученные из нейтральной теории, успешно предсказали время вымирания для ряда видов птиц, но плохо работают как в очень малых, так и в очень больших пространственных масштабах. [19]
Математические модели также показали, что долг вымирания будет длиться дольше, если он возникает в ответ на большие воздействия на среду обитания (поскольку система будет двигаться дальше от равновесия), и если виды являются долгоживущими. Кроме того, виды, находящиеся чуть ниже своего порога вымирания , то есть чуть ниже уровня популяции или уровней занятости среды обитания, необходимых для поддержания их популяции, будут иметь долгосрочные долги вымирания. Наконец, прогнозируется, что долги вымирания будут длиться дольше в ландшафтах с несколькими большими участками среды обитания, а не со многими маленькими. [20]
Долг вымирания трудно обнаружить и измерить. Процессы, которые приводят к долгу вымирания, по своей природе медленные и очень изменчивые (шумные), и трудно обнаружить или подсчитать очень маленькие популяции почти вымерших видов. Из-за этих проблем большинство мер долга вымирания имеют большую неопределенность. [2]
Из-за логистических и этических трудностей, связанных с подстрекательством к долгу вымирания, существует мало исследований долга вымирания в контролируемых экспериментах. Однако эксперименты с микрокосмами насекомых , живущих на мховых местообитаниях, показали, что долг вымирания возникает после разрушения среды обитания. В этих экспериментах для вымирания видов после разрушения среды обитания требовалось 6–12 месяцев. [13]
Долги вымирания, которые достигают равновесия в относительно короткие сроки (годы или десятилетия), можно наблюдать, измеряя изменение численности видов в период после воздействия на среду обитания. Например, в тропических лесах Амазонки исследователи измерили скорость, с которой виды птиц исчезают после вырубки леса. [21] Однако, поскольку даже краткосрочные долги вымирания могут занять годы или десятилетия, чтобы достичь равновесия, такие исследования занимают много лет, а хорошие данные редки.
Большинство исследований долга вымирания сравнивают численность видов с образцами среды обитания из прошлого и образцами среды обитания в настоящем. Если нынешние популяции видов более тесно связаны с прошлыми образцами среды обитания, чем с настоящими, долг вымирания является вероятным объяснением. Величина долга вымирания (т. е. количество видов, которые, вероятно, вымрут) не может быть оценена этим методом. [2]
Если у вас есть информация о популяциях видов из прошлого в дополнение к настоящему, можно оценить величину долга вымирания. Можно использовать связь между видом и средой обитания из прошлого, чтобы предсказать количество видов, ожидаемых в настоящем. Разница между этой оценкой и фактическим количеством видов и есть долг вымирания. [2]
Этот метод требует предположения, что в прошлом виды и их среда обитания находились в равновесии, что часто неизвестно. Кроме того, распространенным соотношением, используемым для уравнивания среды обитания и численности видов, является кривая видовой площади , но поскольку кривая видовой площади возникает из совершенно иных механизмов, чем в моделях, основанных на метапопуляции , долги вымирания, измеренные таким образом, могут не соответствовать прогнозам моделей метапопуляции. [9] Соотношение между средой обитания и численностью видов также может быть представлено гораздо более сложными моделями, которые имитируют поведение многих видов независимо. [15]
Если данные о численности видов или среде обитания в прошлом отсутствуют, долг видов также можно оценить, сравнив два разных местообитания: одно, которое в основном нетронуто, и другое, в котором были расчищены территории, которое меньше и более фрагментировано. Затем можно измерить связь видов с состоянием среды обитания в нетронутой среде обитания и, предположив, что это представляет собой равновесие, использовать его для прогнозирования числа видов в расчищенной среде обитания. Если это прогнозирование ниже фактического числа видов в расчищенной среде обитания, то разница представляет собой долг вымирания. [2] Этот метод требует многих из тех же предположений, что и методы сравнения прошлого и настоящего.
Исследования европейских лугов демонстрируют доказательства долга вымирания как посредством сравнения с прошлым, так и между современными системами с различными уровнями воздействия человека. Видовое разнообразие лугов в Швеции , по-видимому, является остатком более связанных ландшафтов, существовавших 50–100 лет назад. [14] В альварных лугах в Эстонии , которые потеряли площадь с 1930-х годов, по оценкам, 17–70% видов обречены на вымирание. [22] Однако исследования аналогичных лугов в Бельгии , где произошли аналогичные воздействия, не показывают никаких доказательств долга вымирания. [23] Это может быть связано с различиями в масштабе измерения или уровне специализации видов трав. [24]
Леса во Фламандском Брабанте , Бельгия, демонстрируют доказательства долга вымирания, оставшегося от вырубки лесов , которая произошла между 1775 и 1900 годами. Детальное моделирование поведения видов, основанное на аналогичных лесах в Англии , которые не подверглись вырубке лесов, показало, что долгоживущие и медленно растущие виды были более распространены, чем предсказывали модели равновесия, что указывает на то, что их присутствие было обусловлено сохраняющимся долгом вымирания. [15]
В Швеции некоторые виды лишайников показывают долг вымирания в фрагментах древнего леса. Однако виды лишайников, которые являются универсальными по местообитанию, а не специализированными , этого не делают. [25]
Долг вымирания был обнаружен среди видов бабочек, живущих в лугах на островах Сааремаа и Муху у западного побережья Эстонии. Распределение видов бабочек на этих островах лучше объясняется средой обитания в прошлом, чем нынешней средой обитания. [26]
На островах Азорского архипелага за последние 600 лет было уничтожено более 95% местных лесов. В результате более половины членистоногих на этих островах, как полагают, находятся на грани вымирания, а многие острова, вероятно, потеряют более 90% видов. [27]
Из вымирания от прошлой вырубки лесов в Амазонии , 80–90% еще не произошло, на основе моделирования, основанного на взаимосвязях между видами и площадью. Локальное вымирание приблизительно 6 видов ожидается в каждом регионе площадью 2500 км2 к 2050 году из-за прошлой вырубки лесов. [28] Птицы в тропических лесах Амазонки продолжали локально вымирать в течение 12 лет после вырубки, которая разбила смежный лес на более мелкие фрагменты. Однако скорость вымирания замедлилась, поскольку лес снова вырос в пространствах между фрагментами среды обитания. [21]
По оценкам, в странах Африки в среднем локальный долг вымирания лесных приматов составляет 30%. То есть, ожидается, что в будущем из-за потери лесной среды обитания вымрет 30% видов лесных приматов . Временные рамки этих вымираний не были оценены. [29]
На основе исторических взаимосвязей между видами и территориями можно сделать вывод, что в настоящее время в Венгрии насчитывается примерно на девять видов хищных птиц больше , чем, как считается, могут поддерживать существующие природные заповедники. [30]
Существование долга вымирания во многих различных экосистемах имеет важные последствия для сохранения . Это означает, что при отсутствии дальнейшего разрушения среды обитания или других воздействий на окружающую среду многие виды все еще, вероятно, вымрут. Защита существующих мест обитания может быть недостаточной для защиты видов от вымирания. [30] Однако, долгосрочные масштабы долга вымирания могут позволить восстановить среду обитания , чтобы предотвратить вымирание, [2] как это произошло в замедлении вымирания лесных птиц Амазонки выше. [21] В другом примере было обнаружено, что медведи гризли в очень маленьких заповедниках в Скалистых горах, вероятно, вымрут, но это открытие позволяет модифицировать сети заповедников для лучшей поддержки их популяций. [31]
Концепция долга вымирания может потребовать пересмотра стоимости земли для сохранения видов, поскольку количество видов, в настоящее время присутствующих в среде обитания, может не быть хорошим показателем способности среды обитания поддерживать виды (см. пропускную способность ) в будущем. [25] Поскольку долг вымирания может длиться дольше всего вблизи порогов вымирания, может быть сложнее всего обнаружить угрозу вымирания для видов, сохранение которых может принести наибольшую пользу. [20]
Экономический анализ показал, что включение вымирания в процесс принятия управленческих решений изменяет результаты решений, поскольку решение уничтожить среду обитания изменяет ценность сохранения в будущем, а также в настоящем. По оценкам, в Коста-Рике текущий долг вымирания может стоить от 88 до 467 миллионов долларов. [32]