Средний наземный вьюрок ( Geospiza fortis ) — вид птиц семейства Thraupidae . Эндемик Галапагосских островов . Его основная естественная среда обитания – тропические кустарники . Один из дарвиновских вьюрков , этот вид был первым, за развитием которого ученые наблюдали в режиме реального времени.
Многие исследования и исследования были проведены на средних наземных вьюрках; Есть самые известные исследования, проведенные Чарльзом Дарвином, и более поздние исследования, посвященные изменениям, происходящим вокруг средних наземных вьюрков в результате естественного отбора. Из-за роста урбанизации на Галапагосских островах, засухи/изменения климата, смещения характера, изменения среды обитания и ареала вьюрка, инбридинга и гнездования, паразитов и вирусов, средние наземные вьюрки претерпели изменения. Наблюдаемые изменения включают размер клюва, поведение при кормлении, поведение при инбридинге, поведение при гнездовании, развитие антител и многое другое. Изменения на Галапагосских островах являются факторами, влияющими на средних наземных вьюрков.
Как и другие представители этого рода, средний наземный вьюрок сильно диморфен по половому признаку ; оперение самки коричневое и полосатое, [2] а у самца сплошное черное с белыми кончиками подхвостья. Длина птицы составляет 12,5 см (4,9 дюйма), что находится между длиной маленького и большого наземных вьюрков . [3] [nb 1] Размер клюва этого вида весьма изменчив, хотя длина верхней челюсти всегда больше глубины клюва у его основания. [3] Форма крыльев в среднем меняется в зависимости от экологических сдвигов. На форму крыльев вьюрков действуют различные селективные давления, такие как естественный и половой отбор. У самцов более короткие и круглые крылья, которые помогают маневрировать вокруг самки во время сексуальных проявлений. [5]
Галапагосские острова славятся растительным и животным миром; они также известны благодаря исследованиям, проведенным Чарльзом Дарвином, которые привели к разработке его теории эволюции путем естественного отбора . [6] Остров Галапагос в настоящее время изменился и стал зоной быстрой урбанизации. [7] Эти изменения оказали влияние на жизнь на острове. С 1990-х годов туризм на Галапагосских островах увеличивался на 9,4% в год, а постоянное население увеличивалось примерно на 6,4% в год. [8] Сельские районы на островах, которые находились в частной собственности, имели водно-болотные угодья, пригодные для сельского хозяйства. [9] Это сельское хозяйство привело к появлению инвазивных видов растений, в том числе гуавы, маракуйи и т. д. В городских районах было больше человеческой деятельности, такой как дороги, магазины и загрязнение окружающей среды. Эта территория принесла на остров инвазивные виды, такие как огненные муравьи, черные крысы и т. д. С этими изменениями в окружающей среде средние наземные зяблики с короткими/короткими клювами адаптировались благодаря семенам и пищевым предпочтениям.
Еда является основным фактором, определяющим размер и форму клюва дарвиновских вьюрков. [10] Чтобы средние наземные зяблики могли выжить в городских районах, им пришлось адаптироваться к новой среде. Исследования показали, что фенотипы средних наземных вьюрков более изменчивы, чем у мелких наземных вьюрков на острове Санта-Крус, что согласуется с предыдущими выводами о том, что средние наземные вьюрки адаптируются к местным условиям быстрее, чем мелкие наземные вьюрки. [10] Скорость, с которой средние наземные вьюрки способны изменять размеры и форму клювов, может быть связана с эпигенетикой. Исследовательская группа под руководством г-жи МакНью на Галапагосском острове измерила физические характеристики диких птиц, а также генетику и эпигенетику двух видов вьюрков Дарвина, живущих в Эль-Гаррапатеро, сельской местности. Затем они сравнили полученные результаты с городскими вьюрками, живущими недалеко от Пуэрто-Айоры, эти два места находились недалеко друг от друга. Некоторые из более ранних исследований показали, что только одна самка из 300 средних наземных вьюрков, которые были отмечены и использованы в исследованиях, переместилась между обоими участками. Позже г-жа МакНью отловила более 1000 видов мелких и средних вьюрков, взяв образцы крови самок, сперму самцов и физические характеристики каждого вьюрка. Исследователи поняли, что существует разница между предпочтениями в питании городских и сельских вьюрков. Вьюрки, живущие в городских районах, предпочитали человеческую пищу, а сельские - нет. Затем они обнаружили, что средние наземные вьюрки из городских районов имеют больший размер клюва, чем те, что живут в сельской местности. Что касается мелких наземных вьюрков, обитающих в городской местности, то они не имели морфологических отличий от обитающих в сельской местности. [10] После проведения исследования г-жа МакНью и ее команда искали доказательства с помощью генетики и не нашли никаких доказательств, которые могли бы доказать, что эти фенотипические изменения произошли в результате мутаций. Но если посмотреть на эпигенетику, были обнаружены важные доказательства. У изученных вьюрков эпигенетические изменения между популяциями были значительными, но наблюдались минимальные генетические изменения. [10] Данные показали, что у средних и мелких наземных вьюрков большинство эпигенетических мутаций были связаны с размером и формой клюва.
Урбанизация - не единственный фактор, влияющий на средних наземных вьюрков; засуха и перемещение видов также могут действовать как селективное давление, которое может стимулировать эволюцию средних наземных вьюрков. В 1977 году из-за сильной засухи поставки семян на Галапагосские острова сократились. [11] Зяблик, который обычно предпочитал маленькие и мягкие семена, был вынужден перейти на более твердые и крупные семена. Это сильное селективное давление в пользу более крупных клювов в сочетании с высокой наследственностью признаков, касающихся размера клюва у вьюрков, привело к тому, что популяция средних наземных вьюрков подверглась эволюции в результате естественного отбора, что привело к увеличению среднего размера клюва в последующем поколении. [12]
Доказательства эволюции посредством смещения признаков были обнаружены в популяции средних наземных вьюрков на Галапагосском острове Дафна Майор . Во время засухи 2004 года совпадение рационов питания средней популяции наземных вьюрков и недавно поселившейся популяции крупных наземных вьюрков ( Geospiza magnirostris ) привело к конкуренции за ограниченный запас семян, которыми обычно питалась средняя популяция наземных вьюрков. [13] Поскольку крупные наземные вьюрки смогли конкурировать со средними наземными вьюрками за эти семена благодаря как большему клюву, так и размеру тела, популяция средних наземных вьюрков испытывала сильное селективное давление против крупных клювов, чтобы избежать конкуренции, что в конечном итоге привело к к резким эволюционным изменениям в пользу меньших клювов в следующем поколении. [13]
Эндемик Галапагосских островов, средний наземный вьюрок встречается на десяти островах: Бальтра, Флореана, Исабела, Фернандина, Сеймур, Пинсон, Сан-Кристобаль, Санта-Крус, Санта-Фе и Сантьяго. Они встречаются на большинстве главных островов [14], включая окружающие их островки. [15] Они встречаются в полузасушливых биомах. [16] Средний наземный вьюрок устраивает куполообразные гнезда, в основном в кактусах Opuntia. Эти гнезда строят самцы. [17]
Из-за размера клюва средние наземные зяблики имеют больше шансов на выживание в своей среде обитания, чем маленькие наземные зяблики. [18] Размер клюва среднего наземного вьюрка может измениться за относительно короткий период времени, в зависимости от того, сезон ли это влажный или засушливый. [19] Выживаемость и размер клюва птиц зависят от окружающей среды. Погодные условия будут благоприятствовать одному размеру клюва по сравнению с другим, в результате чего птицы с неблагоприятным размером клюва вымрут. [19] Локус гена HMGA2 отвечает за эволюцию размера клюва и играет важную роль в естественном отборе. [19]
Размер ареала среднего наземного вьюрка варьируется. Это зависит от многих факторов, таких как время года, возраст и пол птицы. [20] Высиживающие самки с большей вероятностью останутся на территории гнездования. [20] Вьюрки в 3,7 раза чаще попадают в зону высиживания, чем в любое другое место. [20]
Урбанизация на Галапагосских островах медленно растет, что напрямую влияет на успех гнездования вьюрков. [21] Гнезда в городских районах строятся с использованием искусственных материалов, таких как пластик, леска, бумага и человеческие волосы. [8] Эти материалы вызывают гибель птиц в результате удушения, проглатывания и/или запутывания. [8] Городские районы обеспечивают больший репродуктивный успех, однако средние наземные вьюрки страдают от использования в своих гнездах мусора, связанного с деятельностью человека. [8] 97% Галапагосских островов являются охраняемыми национальными парками, однако рост населения приводит к более плотной городской застройке. [22] Острова легко подвержены антропогенным изменениям, а городское развитие оказывает большое влияние на окружающую среду, экологию и эволюцию местных видов. [21] Изменения окружающей среды, такие как увеличение светового загрязнения и шума, напрямую влияют на вьюрков. Урбанизация вызывает нарушения экологических взаимодействий, влияя на давление отбора, что приводит к избирательной модификации фенотипов. [21] В районах с повышенной урбанизацией плотность средних наземных вьюрков, по-видимому, ниже. [8] поскольку изобилие людей приводит к изобилию еды. [23]
Средний наземный вьюрок питается в основном семенами, хотя известно, что он также поедает цветы, бутоны и молодые листья, а иногда и насекомых. Кормится на земле или в низкой растительности. [2] В городских районах эти птицы отдают предпочтение человеческой пище, а не естественным источникам пищи. [23] Ученые обнаружили, что из-за урбанизации средние наземные вьюрки получили доступ к разнообразной пище, в том числе к человеческой. [24] Пища была фактором выбора для клювов различных размеров, присутствующих на Галапагосских островах; это показывает естественный отбор во всей его красе: те, кто лучше всего приспособлен к окружающей среде, скорее всего, выживут и размножатся. [24]
Ученые обнаружили, что из-за урбанизации у средних наземных вьюрков меняются размер и форма клювов. [24] Ученые провели эксперимент, чтобы наблюдать за изменением пищевого поведения этих вьюрков; они обнаружили, что пища, которую ели зяблики, зависела от места, где они были найдены. [24] Ученые наблюдали пищевое поведение в четырех разных местах с разным уровнем урбанизации и туристического уровня. В районах с высокой урбанизацией и высоким уровнем туризма зяблики предпочитали есть человеческую пищу; тогда как зяблики, обитающие в более сельских районах, питались продуктами, присутствующими в этом районе. [24] Ученые также заметили, что, когда зяблики предпочитают есть человеческую или натуральную пищу, они предпочитают есть человеческую пищу. [24] Урбанизация оказала влияние на пищевое поведение и предпочтения средних наземных вьюрков.
Изменения в пищевых предпочтениях могут повлиять на выживание и воспроизводство. Были проведены дальнейшие исследования, чтобы определить, почему средние наземные зяблики могут предпочитать человеческую пищу естественным источникам пищи. Исследователи обнаружили, что птицы могут различать горькую, сладкую и соленую пищу; каждый предоставляет птице информацию. [25] Горькая пища говорит птицам, что некоторые продукты могут быть токсичными; сладкие продукты содержат много калорий, а соленые продукты содержат большое количество соли. [25] В исследовании вытирание клюва после употребления человеческой пищи показало, что птице не понравилась только что съеденная пища; Исследователи обнаружили, что средние наземные зяблики в отдаленных районах вытирали клювы, когда им давали любую человеческую пищу, особенно жирную; в то время как наземные зяблики в более урбанизированных районах питались больше сладкой пищей и вытирали клювы меньше, чем в сельской местности. [25] Вьюрки в более урбанизированных районах имеют больший доступ к человеческой пище; и, следовательно, более калорийные сладкие продукты. Наличие продовольствия может меняться в зависимости от влажных и засушливых сезонов; это может повлиять на птиц в сельской местности больше, чем на птиц в городских районах, которые имеют обильный доступ к пище человека. Количество доступной пищи и тип пищи, которую предпочитают сельские и городские средние наземные вьюрки, могут повлиять на то, будут ли птицы с большей вероятностью адаптироваться к изменениям в окружающей среде, выживать и размножаться.
Средние наземные зяблики поедают семена Tribulus cistoides , низко расположенного цветкового растения. Ученые проверили, повлияет ли урбанизация на пищевое поведение T. cistoides . [21] Ученые обнаружили, что потребление семян T. cistoides увеличилось на 1,25% в более урбанизированных городах, а не в естественной среде обитания. [21] Это говорит о том, что средние наземные зяблики, обитающие в городах или урбанизированных районах, больше предпочитают мелких мерикарпов, чем те, которые живут в естественной среде обитания. [21] Ученые обнаружили, что из-за увеличения распространения семян T . цистоиды через птиц и урбанизацию (например, семена, распространяемые в результате деятельности человека), в городах имеется больше мерикарпов; Возможно, именно поэтому большинство средних наземных вьюрков добывают семена из мелких мерикарпов. [21] В целом, из-за урбанизации, наблюдается увеличение числа взаимодействий между средними наземными вьюрками и T . cistoides из-за повышенного распространения семян.
Говорят, что инбридинг затрагивает средних наземных вьюрков; в годы с низкой обеспеченностью пищей инбридинг усиливается, что снижает репродуктивный успех. [26] В годы с высокой доступностью продовольствия инбридинг снижается, а репродуктивный успех увеличивается. [26] Вьюрки в городских районах имеют больше пищи, чем в естественной среде обитания, из-за человеческой пищи; и за счет этого увеличивается репродуктивный успех. [8] Вот как может происходить естественный отбор; Окружающая среда птиц может повлиять на успех потомства и, возможно, привести к эволюции вьюрков в городских районах. Несмотря на то, что зяблики в городских районах имеют более высокий репродуктивный успех, они по-прежнему демонстрируют смертность из-за загрязнений человека, таких как пластик, попадающий в гнезда. [27] В целом, птицы в городских районах имеют лучшие результаты для гнездования, чем птицы в естественной среде обитания, из-за наличия пищи. [27] Птицы в городских районах могут стать более адаптированными за счет лучшего репродуктивного и гнездового успеха; это может повлиять на более высокую выживаемость в городских районах.
Ожидается, что из-за изменения климата Эль-Ниньо и Ла-Нинья будут возникать чаще. [28] Количество осадков на Галапагосских островах напрямую коррелирует с количеством еды. В засушливые годы многие вьюрки погибнут от голода, при этом выживут особи, способные выжить в суровых условиях засухи. [18] В год Ла-Нинья низкий уровень осадков приводит к нехватке пищи для вьюрков, что приводит к низкому репродуктивному успеху, в то время как более высокие осадки в годы Эль-Ниньо приводят к обилию пищи, что может повысить успех размножения, [8] позволяя вьюркам производить в два раза больше яиц. [28] Благоприятные условия года Эль-Ниньо и неблагоприятные условия года Ла-Нинья влияют на физические характеристики вьюрков и их эволюцию.
Выживание средних наземных вьюрков зависит от пищи, особенно от семян. Если бы в популяции и произошли изменения, то это произошло бы в результате естественного отбора. В 1977 году засуха привела к сокращению численности средних наземных вьюрков с меньшим размером клюва из-за редких доступных мелких семян. Именно Гранты заметили, что размер клюва увеличился на 4%, потому что только вьюрки, умевшие питаться более крупными семенами, смогли выжить и размножиться. [29] В 1982 году шел сильный дождь, и снова было много мелких семян. Это привело к уменьшению размера клюва средних наземных вьюрков на 2,5%, поэтому вьюркам стало легче и эффективнее поедать семена. В этом году появились крупные наземные вьюрки. Затем, в 2004 году, снова случилась засуха, но крупные виды наземных вьюрков взяли верх над более крупными семенами, которые стали доступны, и это привело к конкуренции со средними наземными вьюрками с большими клювами. Большие наземные вьюрки имели большее преимущество: многие средние наземные вьюрки с большими клювами вымерли, и выжить смогли только те, у кого клювы были меньше. [30] В условиях происходящих изменений климата средние наземные вьюрки смогут выжить благодаря своей способности адаптироваться к засухе или сильному дождю.
Средний наземный вьюрок подвергался паразитизму мухи Philornis downsi [27], а также вируса птичьей оспы ( Poxvirus avium ). [31]
Паразитическая муха, известная как Philomis downsi, была впервые зарегистрирована в 1997 году; Документация о паразите была обнаружена у галапагосских амадин. [27] Взрослые мухи откладывают яйца в гнезда птиц, когда из этих яиц вылупляются личинки, которые питаются кровью потомства. [27] Мухи Philornis откладывают яйца в гнезде, в том числе в ноздрях птенцов. Личинки питаются живыми тканями и в худшем случае могут пробить клюв. Паразиты питаются даже кровью взрослой самки. [27] Даже несмотря на данные о том, что личинки пытаются питаться взрослыми самками-матерями, питание взрослыми матерями может оказаться неудачным. [31] Кормление взрослых самок или попытка подвергнуть самку воздействию антигенов Philomis downsi . [31] Говорят, что у женщин вырабатывается большее количество антител к Филорнису ; это действительно коррелирует, поскольку самки в основном ухаживают за птенцами в гнезде. [31] Ученым необходимо провести дополнительные исследования, однако они подумали о возможных преимуществах воздействия таких антигенов на взрослых самок, поскольку это может дать преимущество их птенцам, поскольку антитела могут быть переданы их потомству. [31] Это может дать потомству преимущество и повысить его выживаемость. [31] Выживаемость птенцов на лету будет варьироваться; иногда Philomis downsi мало влияет на птенцов, а иногда Philomis downsi не приводит к выживанию ни одного птенца в гнезде. Исследования, проведенные на средних наземных вьюрках на острове Санта-Крус, показали, что эти вьюрки находятся в группе риска. [27] Ученые полагают, что в течение следующего столетия на острове Санта-Крус может произойти исчезновение средних наземных вьюрков; Philomis downsi оказывает негативное воздействие на средних наземных вьюрков Санта-Крус. [27] Исследование 2015 года [27] с использованием новой математической модели показало, что популяция из 270 000 птиц на Санта-Крус может вымереть через 50 лет. На Галапагосских островах не было никаких признаков исчезновения птиц, однако это может стать возможным, поскольку все больше людей начинают заселять и посещать этот район, занося паразитов. [27] Возможные решения включают внедрение ос-паразитов, которые откладывают яйца на личинку, или вату, обработанную пестицидом, которую взрослые птицы будут использовать при строительстве гнезда. [32]
Вирус птичьей оспы — еще один фактор, который может повлиять на выживаемость средних наземных вьюрков. Вирус птичьей оспы – это вирус, поражающий около 200 видов птиц; из этих 200 особенно страдают зяблики. [33] Птичья оспа может передаваться через комаров. Комары являются факторами распространения, то есть, питаясь зараженной птицей, они могут передать вирус тем, кто не заражен. [33] Птицы также могут передавать вирус друг другу контактным путем. [33] Симптомами заражения птиц являются бородавчатые наросты, которые присутствуют на участках тела птицы без перьев, таких как ступни, ноги и клювы. [33] Вспышки вируса исторически были редки: в 2008 году произошла вспышка, которая была обнаружена у 50% протестированных вьюрков. Вспышки вируса могут различаться: в период с 1983 по 2008 год в Дафни-Мейджор произошла вспышка вируса; исследования показали, что к 2008 году у половины популяций птиц наблюдались симптомы вируса. [31] В 2008 году в Эль-Гаррапатеро из 129 наблюдавшихся птиц проявились симптомы вируса. [31] Разница в том, как вирус воздействовал на птиц в обоих регионах, показывает, как некоторые птицы смогли выработать антитела, чтобы выжить и избежать инфекции. Эти птицы были более приспособлены к выживанию и размножению в окружающей среде. Зяблики выработали антитела для борьбы с конкретными инвазивными паразитами. [31] Зяблики с наибольшим количеством антител, как правило, обладают самой высокой приспособленностью и, следовательно, производят более жизнеспособное потомство. Те, у кого есть антитела, лучше адаптированы к возможному воздействию и, следовательно, имеют больше шансов выжить и размножиться; потомство тех, у кого есть антитела, также будет лучше адаптировано и позволит видам вьюрков в конечном итоге добиться большего успеха в окружающей среде; по своей сути это естественный отбор.
