Эволюция, вызванная рыболовством
| Внешние видео | |
|---|---|
 | |
 «Как люди меняют эволюцию рыб» с Микко Хейно, журнал Knowable Magazine , 27 февраля 2020 г. |
Эволюция, вызванная рыболовством ( ЭФИ ) – это микроэволюция популяции эксплуатируемых водных организмов, происходящая посредством искусственного отбора по биологическим признакам с помощью методов рыболовства ( методов рыболовства и управления рыболовством ). [1] Рыболовство, любой интенсивности и усилий, приведет к дополнительному уровню смертности в естественном популяционном равновесии и будет избирательным к определенным генетическим признакам в генофонде этого организма. Такое удаление выбранных признаков фундаментально меняет частоту популяционных генов , что приводит к искусственно индуцированной микроэволюции, обеспечивающей выживание нецелевых рыб и распространению у них наследственных биологических характеристик. Этот искусственный отбор часто противоречит естественному образу жизни многих видов, например, вызывая раннее половое созревание, уменьшение размеров взрослой рыбы и снижение плодовитости в виде меньшего размера яиц, меньшего количества сперматозоидов и их жизнеспособности во время репродуктивных событий. [1] Эти эффекты могут иметь продолжительное воздействие на адаптацию или приспособленность вида к факторам окружающей среды.
Эволюция, вызванная рыболовством, отличается от дарвиновской модели эволюции прямым человеческим фактором. [2] По мнению FIE, рыбная ловля усиливает давление отбора по признакам, часто за счет огромных усилий и количества уловов, что может принижать давление естественного отбора, такое как взаимодействие хищник-жертва и влияние окружающей среды.
Причины
[ редактировать ]Практика рыболовства, которая навсегда удаляет животных из их популяции (т.е. не вылавливает и не выпускает ), стимулирует прямую эволюцию, вызванную рыболовством, путем удаления генетического материала этих животных из популяции. Лицам, не являющимся объектом нападения, из-за предвзятого выбора рыболовных снастей и/или законодательства, разрешается воспроизводить и распространять свой генетический материал. Поскольку давление промысла сохраняется, признаки, принадлежащие невыбранным организмам, сохраняются в процессе выживания и становятся более доминирующими по частоте в генофонде. Кроме того, ловля целевого вида влечет за собой побочные эффекты для окружающих, поскольку нарушает их естественные взаимодействия. В таких ситуациях специфические черты нецелевых видов могут быть благоприятными при незначительном присутствии или отсутствии целевых видов и, следовательно, быть выбраны для них косвенно.
Прямой выбор
[ редактировать ]Прямой отбор по биологическим признакам посредством методов рыболовства является результатом правил управления рыболовством, а также ограничений и избирательности снастей. [1] Наиболее очевидный искусственный отбор признаков посредством законодательства об управлении можно наблюдать в установленных правилах размера ( минимального размера посадки ), пола, сезонности и местоположения. Имеются также свидетельства того, что различные типы рыболовных снастей напрямую отбирают характеристики, которые повышают вероятность вылова отдельных рыб, включая аспекты их поведения (например, смелость, уровень активности) и физиологии (например, анаэробные способности, способность к плаванию). [3] Вероятны значительные различия в функционировании промыслового отбора: отбор по некоторым признакам существует в одних условиях, но исчезает в других. [4]
Правила размера улова варьируются в зависимости от специфики целевых видов и часто используются для предотвращения эксплуатации в течение определенной части жизненного цикла организма. Такие правила возникли в ответ на последствия FIE, наблюдаемые при промысле атлантической трески ( Gadus morhua ). [5] До технологической революции в рыболовстве, которая привела к мораторию на виды, с 1500-х годов добыча атлантической трески велась избирательно в отношении рыбы более крупных размеров. Данные об уловах этого вида количественно показали, что такая избирательность в отношении более крупных рыб на протяжении более 500 лет изменила закономерности жизненного цикла, что привело к более раннему половому созреванию и меньшим размерам при указанном созревании. [6] [7]
Сексуальная избирательность при промысле основана на теоретической основе, согласно которой сохранение самок позволяет их репродуктивному вкладу компенсировать смертность от промысла. При ловле видов с низкой плодовитостью, таких как грязевые крабы ( Scylla serrata ) и синие крабы-пловцы ( Portunus Armatus ), часто применяется этот метод и допускается вылов только самцов. [8] Прямой отбор по признакам в отношении половой избирательности происходит, когда определенные характеристики или поведение повышают восприимчивость организмов к добыче. Например, пробкокрылых губанов ( Symphodus melops ) добывают в качестве биологического средства борьбы с морскими вшами на фермах по выращиванию лосося в северном полушарии. Самцы рыб доминируют в этих диких промыслах как по улову на единицу усилия, так и по весу из-за их сильного гнездового поведения и территориального характера, которые отличают их от самок и самцов-кроссовок. [9] Постоянное давление промысла на протяжении многих лет привело к снижению возраста и размера полового созревания этих гнездящихся самцов, а также к увеличению плотности самцов-кроссовок в ущерб локализованной популяции.
Косвенный отбор
[ редактировать ]Косвенная эволюция, вызванная промыслом, происходит, когда виды, имеющие определенный уровень экологической значимости, становятся целью промысла, и их уменьшенное присутствие в экологии вызывает поток воздействия на другие нецелевые виды. Ключевые или зонтичные виды оказывают множество экологических услуг окружающей среде, к которой они принадлежат, начиная от обеспечения среды обитания и пищи и заканчивая контролем биоразнообразия, предотвращая доминирование какого-либо одного организма. Удаление или сокращение численности этих организмов часто приводит к значительным изменениям в поведении и физиологии организмов, которые когда-то находились под контролем.
Немигрирующие рифовые акулы ( Carcharhinus melanopterus , C. amblyrhynchos и ) играют жизненно важную роль в Triaenodon obesus отсеивании больных и плохо адаптированных особей из популяции, а также в контроле над численностью рыбы более крупных размеров. Таким образом, эти акулы являются постоянным фактором смертности для многих рифовых организмов. Рыболовство, нацеленное на этих высших хищников, по своей сути допускает распространение хищных рыб среднего размера (например, барракуд, молодых групперов, тревалли, окуней) за счет совместно обитающих более мелких видов. Когда это происходит, реакция FIE, наблюдаемая у более мелких видов, соответствует увеличению их яйценоскости и изменению жизненного цикла для раннего полового созревания.
Другой пример FIE, который спровоцирован косвенно, можно увидеть в сфере торговли декоративными растениями или аквариумами. В частности, кораллы и анемоны являются высоко ценимыми декоративными товарами, и на Малайском архипелаге их часто собирают по неустойчивым ценам с целью получения прибыли. [10] Известно, что удаление анемонов темпами, превышающими их расселение на рифы, как это наблюдалось на Филиппинах, привело к резкому сокращению локализованной популяции рыб-клоунов или рыб-анемонов ( Amphiprion sp. ). [11] Эволюционно рыбы-анемоны, наблюдаемые на рифах, которые подвергались интенсивному и продолжительному вылову анемонов, были значительно меньше, даже для половозрелых взрослых пар, чем рыбы, живущие с анемонами. [12] Такое уменьшение размера объясняется их необходимостью прятаться в небольших коралловых расщелинах в отсутствие хозяина.
Доказательство
[ редактировать ]Помимо данных наблюдений, собранных в ходе активного рыболовства, доказательства вызванной рыболовством эволюции или ее симптомов можно обнаружить как в коммерческих, так и в рекреационных историях. В этих историях часто говорится об уменьшении улова, уменьшении их веса и длины, а также об обязательном увеличении рыболовных усилий с течением времени для достижения аналогичных квот на вылов рыбы, как в их исторических источниках. Однако экспериментальные данные были необходимы для выяснения двух фундаментальных вопросов, касающихся FIE, чтобы вышеупомянутые последствия меньших размеров и раннего созревания нельзя было отнести на счет неантропогенных факторов, таких как поток населения. Два доказательных вопроса: а) Способно ли давление промысла изменить частоту генов в популяции, чтобы вызвать микроэволюцию за такой короткий период времени? б) Как неселективные орудия лова (жаберные сети и траулеры) могут быть селективными по определенным признакам?
Экспериментальные доказательства
[ редактировать ]Реализация экспериментальных проектов в области аквакультуры дает возможность изолировать различные биологические признаки и наблюдать за их воздействием и наследственностью в популяции. [13]
Исследование Solberg et al. (2013) [14] продемонстрировали, что при достаточном рыболовном давлении и избирательности существенное изменение генотипа популяции может быть достигнуто без геологических временных рамок, часто связанных с эволюцией. В этом исследовании атлантический лосось ( Salmo salar ) подвергался модифицированной схеме « обычного сада », и исследователи выделили стресс как абиотическую независимую переменную скорости роста лосося. Путем отбора рыб с более низкой биологической реакцией на стресс в течение 10 поколений разведения была создана одомашненная популяция, которая продемонстрировала трехкратное увеличение скорости роста по сравнению с ее диким аналогом. Таким образом, разница между отсутствием более крупной рыбы, что можно ошибочно объяснить чрезмерным выловом рыбы, и FIE заключается в унаследованных биологических характеристиках, которые не были затронуты рыболовством.
Такие методы рыболовства, как использование жаберных сетей и траление, часто связаны с отсутствием избирательности в отношении окружающей среды, в которой они эксплуатируются. [15] Трудно установить, может ли иметь место селективность при такой практике, когда данные о рыболовстве показывают, что может быть поймана вся локализованная популяция или до 80% усилий будет направлено на прилов, а не на целевые виды. [16] Эксперимент Биро и Поста (2008) [17] показывает, что, несмотря на механическую неизбирательность жаберных сетей, поведенческие вариации у некоторых видов рыб действительно могут влиять на вероятность их поимки и, следовательно, быть функцией избирательности. Используя модель « селекционного эксперимента в полевых условиях», два генотипа радужной форели ( Oncorhynchus mykiss ) были пересажены в идентичные искусственные водоемы и подверглись соответствующему давлению при ловле жаберными сетями. Рассматриваемая сеть была разработана для учета всей изменчивости размеров в моделируемых популяциях. Было обнаружено, что форели, демонстрирующие генотипы более высоких темпов роста и, следовательно, более активного образа жизни, имеют на 60% больше шансов быть пойманными по сравнению с форелями, характеризующимися более оседлым генотипом. Таким образом, для «неселективных» методов лова фактор выбора зависит не от самих снастей, а от присущих популяции различий в поведении.
Подразумеваемое
[ редактировать ]Эволюция, вызванная рыболовством, является функцией генетического дрейфа, вызванного рыболовством, и в некоторой степени представляет собой сокращение генетического разнообразия внутри целевой популяции. Прогнозируется, что для многих эксплуатируемых популяций такое сокращение генетического разнообразия снизит их способность адаптироваться как к изменчивости окружающей среды, так и к экологической конкурентоспособности. [18] Действительно, часто наблюдаемая адаптация к более молодому и меньшему размеру при половом созревании, вызванная рыболовством, противоречит конкретным характеристикам жизненного цикла, которые могут способствовать межвидовой конкуренции за ресурсы. [19] Биологическая модель Кинсватера и Палковаца (2017). [20] показывает, что атлантическая треска FIE из-за своих меньших размеров фактически принадлежит к более низкому трофическому уровню, независимо от ее исходного положения до моратория на вид. Более того, эффект FIE, заключающийся в уменьшении количества яиц и их жизнеспособности, ослабил количество пополнений популяции обратно после нереста, тем самым уменьшая локализованную плотность популяции. [21] [22] Однако при уменьшении численности популяции и меньших размерах увеличение ресурса на душу населения было предусмотрено для противодействия эффектам конкуренции между различными видами за счет уменьшения внутривидовых взаимодействий, что может обеспечить максимальный рост, зависящий от плотности. Это также означает, что для того, чтобы промысел был устойчивым, необходимо проводить ежегодную или сезонную оценку жизнеспособных репродуктивных запасов и темпов их пополнения с учетом сниженной плодовитости и статуса восстановления.
Данные о взаимодействии между видами, затронутыми FIE, и их устойчивости к колебаниям окружающей среды ограничены. [18] Для многих видов дополнительный уровень смертности и частота промысла, вызванные рыболовством, затрудняют выяснение того, как факторы окружающей среды, такие как температура, соленость и течения, могут быть полезными или вредными для запасов, поскольку их влияние на смертность или прирост пополнения незначительно. в сравнении. Однако в условиях быстрого изменения климата, вызванного антропогенным воздействием, понимание того, как FIE влияет на адаптацию этих водных популяций, будет необходимо не только для будущих оценок запасов, но и для устойчивого промысла.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Хейно, Микко; Диас Паули, Беатрис; Дикманн, Ульф (04 декабря 2015 г.). «Эволюция, вызванная рыболовством» (PDF) . Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 46 (1): 461–480. doi : 10.1146/annurev-ecolsys-112414-054339 . ISSN 1543-592X .
- ^ Карлсон, Стефани М.; Эделин, Эрик; Асбьёрн Вёллестад, Л.; Хауген, Тронд. О.; Уинфилд, Ян Дж.; Флетчер, Дженис М.; Бен Джеймс, Дж.; Стенсет, Нильс Хр. (июнь 2007 г.). «Четыре десятилетия противодействия естественному и антропогенному искусственному отбору, действующему на уиндермирскую щуку (Esox lucius)». Экологические письма . 10 (6): 512–521. Бибкод : 2007EcolL..10..512C . дои : 10.1111/j.1461-0248.2007.01046.x . ISSN 1461-023X . ПМИД 17498150 .
- ^ Холлинз, Джек; Тамбитурай, Давиде; Кук, Барбара; Креспель, Амели; Бейли, Дэвид; Кук, Стивен; Линдстрем, Ян; Парсонс, Кевин; Киллен, Шон (2018). «Физиологический взгляд на эволюцию, вызванную рыболовством» . Эволюционные приложения . 11 (5): 561–576. Бибкод : 2018EvApp..11..561H . дои : 10.1111/eva.12597 . ПМЦ 5978952 . ПМИД 29875803 .
- ^ Тамбитурай, Давиде; Купаринен, Анна (22 августа 2023 г.). «Воздействие окружающей среды меняет выбор рыболовства» . Тенденции в экологии и эволюции . 39 (2): 131–140. дои : 10.1016/j.tree.2023.08.015 . ISSN 0169-5347 . ПМЦ 10850982 . ПМИД 37743188 .
- ^ Якобсдоттир, Клара Б.; Пардо, Хайди; Магнуссон, Арни; Бьернссон, Хёскульдур; Пампули, Кристоф; Руццанте, Дэниел Э.; Мартейнсдоттир, Гудрун (5 января 2011 г.). «Исторические изменения в частотах генотипов локуса Pantophysin у атлантической трески (Gadus morhua) в исландских водах: свидетельства отбора, вызванного рыболовством?» . Эволюционные приложения . 4 (4): 562–573. Бибкод : 2011EvApp...4..562J . дои : 10.1111/j.1752-4571.2010.00176.x . ISSN 1752-4571 . ПМЦ 3352422 . ПМИД 25568005 .
- ^ Олсен, Эсбен М.; Хейно, Микко; Лилли, Джордж Р.; Морган, М. Джоанн; Брэтти, Джон; Эрнанде, Бруно; Дикманн, Ульф (29 апреля 2004 г.). «Тенденции созревания, указывающие на быструю эволюцию, предшествовали гибели северной трески». Природа . 428 (6986): 932–935. Бибкод : 2004Natur.428..932O . дои : 10.1038/nature02430 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 15118724 . S2CID 315815 .
- ^ Верниммен, Тим (9 декабря 2019 г.). «Рука человека в эволюции рыб» . Знающий журнал . doi : 10.1146/knowable-120919-1 . S2CID 213635513 . Проверено 9 ноября 2021 г.
- ^ «Грязевой краб (мангровый краб)» . www.daf.qld.gov.au. Проверено 9 ноября 2018 г.
- ^ Ханссен, Бенджамин (2014). «Последствия выборочного вылова мелкого вида рыб умеренного климата, демонстрирующего сильный мужской диморфизм, пробкового губана (Symphodus melops)» (PDF) .
- ^ Шуман, Крейг С.; Ходжсон, Грегор; Эмброуз, Ричард Ф. (7 сентября 2005 г.). «Воздействие на население сбора морских анемонов и рыб-анемонов для торговли морскими аквариумами на Филиппинах». Коралловые рифы . 24 (4): 564–573. Бибкод : 2005КорРе..24..564С . дои : 10.1007/s00338-005-0027-z . ISSN 0722-4028 . S2CID 25027153 .
- ^ Маддуппа, Хавис Х.; фон Ютерзенка, Карен; Сьякир, Мохаммед; Кохзиус, Марк (ноябрь 2014 г.). «Социально-экономика морского декоративного рыболовства и его влияние на структуру популяции рыбы-клоуна Amphiprion ocellaris и анемонов-хозяев на архипелаге Спермонд, Индонезия» (PDF) . Управление океаном и прибрежной зоной . 100 : 41–50. Бибкод : 2014OCM...100...41M . дои : 10.1016/j.ocecoaman.2014.07.013 . ISSN 0964-5691 .
- ^ Фриш, Эшли Дж.; Риццари, Джастин Р.; Манкрес, Кэтрин П.; Хоббс, Жан-Поль А. (21 января 2016 г.). «Истощение анемонов снижает выживаемость, рост, воспроизводство и продуктивность рыболовства мутуалистических колоний анемонов и анемонов». Коралловые рифы . 35 (2): 375–386. Бибкод : 2016CorRe..35..375F . дои : 10.1007/s00338-016-1401-8 . ISSN 0722-4028 . S2CID 15597409 .
- ^ Дойл, Роджер В. (июнь 1986 г.). «Подход к количественному анализу селекции одомашнивания в аквакультуре». Аквакультура . 33 (1–4): 167–185. дои : 10.1016/0044-8486(83)90398-8 . ISSN 0044-8486 .
- ^ Сольберг, Моника Фавнебё; Скаала, Эйстейн; Нильсен, Франк; Гловер, Кевин Алан (31 января 2013 г.). «Вызывает ли одомашнивание изменения в нормах реакции роста? Исследование выращиваемых на фермах, диких и гибридных семей атлантического лосося, подвергающихся экологическому стрессу» . ПЛОС ОДИН . 8 (1): e54469. Бибкод : 2013PLoSO...854469S . дои : 10.1371/journal.pone.0054469 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 3561353 . ПМИД 23382901 .
- ^ Милтон, Дэвид А.; Умри, Дэвид; Тенаканай, Чарльз; Суэйлс, Стивен (1998). «Селективность по баррамунди (Lates Calcarifer) в реке Флай, Папуа-Новая Гвинея: последствия для управления жаберным промыслом протандрических рыб». Морские и пресноводные исследования . 49 (6): 499. дои : 10.1071/mf98065 . ISSN 1323-1650 .
- ^ Дэвис, RWD; Криппс, С.Дж.; Никсон, А.; Портер, Г. (июль 2009 г.). «Определение и оценка глобального прилова морского рыболовства». Морская политика . 33 (4): 661–672. Бибкод : 2009МарПо..33..661Д . дои : 10.1016/j.marpol.2009.01.003 . ISSN 0308-597X .
- ^ Биро, Питер А.; Пост, Джон Р. (26 февраля 2008 г.). «Быстрое истощение генотипов с быстрым ростом и яркими личностными качествами выловленных популяций рыб» . Труды Национальной академии наук . 105 (8): 2919–2922. Бибкод : 2008PNAS..105.2919B . дои : 10.1073/pnas.0708159105 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2268560 . ПМИД 18299567 .
- ^ Перейти обратно: а б Купаринен, Анна; Хатчингс, Джеффри А. (7 июля 2012 г.). «Последствия эволюции, вызванной рыболовством, для продуктивности населения и потенциала восстановления» . Труды Лондонского королевского общества B: Биологические науки . 279 (1738): 2571–2579. дои : 10.1098/rspb.2012.0120 . ISSN 0962-8452 . ПМК 3350703 . ПМИД 22398166 .
- ^ Марти, Лиза; Дикманн, Ульф; Эрнанде, Бруно (январь 2015 г.). «Вызванная рыболовством нейтральная и адаптивная эволюция эксплуатируемых популяций рыб и последствия для их адаптивного потенциала» . Эволюционные приложения . 8 (1): 47–63. Бибкод : 2015EvApp...8...47M . дои : 10.1111/eva.12220 . ISSN 1752-4571 . ПМЦ 4310581 . ПМИД 25667602 .
- ^ Киндсватер, Холли К.; Палковач, Эрик П. (сентябрь 2017 г.). «Прогнозирование экоэволюционного воздействия рыболовства на размер тела и трофическую роль атлантической трески» . Копейя . 105 (3): 475–482. дои : 10.1643/ot-16-533 . ISSN 0045-8511 .
- ^ Энберг, Катя; Йоргенсен, Кристиан; Данлоп, Эрин С.; Хейно, Микко; Дикманн, Ульф (31 июля 2009 г.). «ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ: Последствия эволюции, вызванной рыболовством, для восстановления и восстановления запасов» . Эволюционные приложения . 2 (3): 394–414. Бибкод : 2009EvApp...2..394E . дои : 10.1111/j.1752-4571.2009.00077.x . ISSN 1752-4571 . ПМЦ 3352485 . ПМИД 25567888 .
- ^ Пардо, Луис М.; Риверос, Марсела П.; Фуэнтес, Хуан Пабло; Пиночет, Рамона; Карденас, Карла; Сент-Мари, Бернар (13 мая 2017 г.). «Высокая интенсивность лова снижает запас спермы самок и плодовитость потомства у краба-эубрахиурана, вылов которого зависит от пола и размера» . Журнал морских наук ICES . 74 (9): 2459–2469. doi : 10.1093/icesjms/fsx077 . ISSN 1054-3139 .