A kedvtelésből tartott állatok eledeleinek nagy változékonysága megakadályozza az őshonos fajok azonosítását a kedvtelésből tartott macskák étrendjében izotópos értékelés alkalmazásával

Absztrakt

Bevezetés

A macskák ökológiai hatásai a szárazföldi ökoszisztémákban kevésbé egyértelműek. Bár egyes becslések szerint a macskák évente sok milliárd madarat és emlősöt ölnek meg az Egyesült Államokban (Loss, Will & Marra, 2013), úgy tűnik, hogy a macskák elterjedése leginkább a fejlődés közelében lévő területekre korlátozódik, nem pedig a nagy természetes területekre, ahol a ragadozók mint a prérifarkasok (Canis latrans) ritkábban fordulnak elő (Crooks & Soule, 1999; Kays és mtsai, 2015). Habár vannak olyan macskák, amelyek befolyásolják a szárazföldi zsákmányállományt (Loss & Marra, 2017), vannak olyan példák is, ahol nem találtak kapcsolatot (Kays & Dewan, 2004; Sims et al., 2008; Lilith, Calver & Garkaklis, 2010 ). Mindazonáltal általános egyetértés van abban, hogy a városi területeken a macskák nagy sűrűsége miatt továbbra is nagy a lehetőségük arra, hogy negatívan befolyásolják az őshonos zsákmányállományokat (Woods, McDonald & Harris, 2003; Kitts-Morgan, 2015; Baker et al. ., 2008), és hogy elővigyázatossági menedzsment stratégiát kell követnünk (Calver et al., 2011).

A macskák ökológiai hatásait vizsgáló legtöbb tanulmány a tulajdonos jelentéseit használja arra, hogy mit ölnek meg, hogy megbecsüljék a ragadozó mutatókat. Ezek a tanulmányok nagy eltéréseket tártak fel a ragadozás arányában, 4–72 zsákmány/macska/év között (Baker et al., 2008; Ruxton, Thomas & Wright, 2006), és elfogultságnak vannak kitéve, mivel a macskák általában csak kb. A kifogott zsákmányok 30% -a (Kays & Dewan, 2004; Loyd et al., 2013). További bonyodalom, hogy a tulajdonosokhoz visszaküldött zsákmány nem feltétlenül tükrözi, hogy mit esznek és mennyit. Egy lengyelországi tanulmány, amely mind a tulajdonos jelentéseit, mind a közvetlenebb módszereket, például a székletelemzéseket és a gyomortartalmat megvizsgálta, feltárta, hogy míg a macskák a rágcsálókat leggyakrabban visszatérték és elfogyasztották, az egereket sokkal gyakrabban hozták vissza, mint az üstökét, de sokkal ritkábban fogyasztották őket (Krauze- Gryz, Gryz és Goszczyński, 2012). Ugyanez a tanulmány azt is kimutatta, hogy a háziállattartók felhasználása a zsákmány rögzítéséhez drasztikusan alábecsülte az elfogyasztottakat, ami rávilágított arra, hogy a tulajdonosoktól eltérő módszerekre van szükség az étrend tanulmányozásához.

A stabil izotópok alternatív megközelítést kínálnak a ragadozó ökológia vizsgálatához, ahol a δ 13 C értékek a szén eredeti forrását tükrözik, akár a C3, akár a C4 növényekből származnak, és a δ 15 N értékek tipikusan a trófikus szintet tükrözik (Ehleringer et al., 2015). Mivel számos állateledel elsődleges összetevőként kukoricát (C4 növény) vagy kukoricával táplált állatállományt használ, az elsődlegesen állateledelt fogyasztó macskák várhatóan sokkal magasabb δ 13 C-értékeket mutatnak, mint azok, amelyek elsősorban erdős területeken őshonos zsákmányt fogyasztanak, amelyek általában hogy C3 növényekkel táplálkozzon. Kays és Feranec (2011) ezt a megközelítést használta a farkasok elterjedésének osztályozásához (Canis lupus) az Egyesült Államok északkeleti részén, mint valószínűleg megszökött foglyok vagy valószínűleg természetes bevándorlók, míg Cove és mtsai. (2018) arra használta, hogy megbecsülje az egyes vadon élő macskák étrendjének százalékos arányát Dél-Floridában. Mindkét vizsgálat azonban csak néhány mintát használt fel a hazai élelmiszerekből, amelyek nem feltétlenül tükrözik a háziállatok számára elérhető ételek valódi változatosságát.

Itt kibővítjük a macskaeledel izotópos vizsgálatát azáltal, hogy azokra a kedvtelésből tartott macskákra összpontosítunk, amelyek szabadon és belül tölthetnek időt. Ha mintát veszünk az egyes macskáknak táplált pontos táplálékból, és összehasonlítjuk ezeket a szövetük (szőrük) izotópos értékeivel, akkor arra számítunk, hogy nagy erővel rendelkezünk étrendjük arányának felismerésére az állateledelből és az őshonos zsákmányból. Az állateledel mintavételét két országra is kiterjesztjük, az Egyesült Államokra (Egyesült Államok) és az Egyesült Királyságra (Egyesült Királyság), különböző mértékben támaszkodva a kukoricaalapú élelmiszerekre.

Anyagok és metódusok

Macskaeledel és szőrminta gyűjtemény

Önkéntes háziállat-tulajdonosokat toboroztunk blogbejegyzések, közösségi média és egy Citizen Science automatán keresztül, amely a kaliforniai Oakland Múzeumban található. A legtöbb résztvevő Cornwallból (Egyesült Királyság) (106), Észak-Karolinából (37), Long Island-ből (NY és Connecticut déli része) (18) és Oaklandból (Kalifornia) érkezett (12). A maradékot (29) szétszórták az Egyesült Államokban. Az önkénteseket arra kérték, hogy küldjenek nekünk egy kis zsákot macskájuk szőréből, egy evőkanál macskájuk száraz állateledelét, valamint információkat arról, hogy a macska milyen gyakran jár kifelé, az állateledel márkájáról és ízéről, valamint megjegyzéseket bármilyen más táplálékról, a macska fogyaszthat (emberi táplálék, csemege, fű, potenciális zsákmány stb.). Ha a macska nedves állateledelt fogyasztott, megvásároltunk minden egyes márkát/ízt mintát, ahelyett, hogy arra kértük az önkénteseket, hogy nedves mintát küldjenek postán. Az önkénteseket felkérték arra is, hogy adják meg az élelmiszer-változásokat a hajgyűjtést megelőző hat hónapban. Az egyesült államokbeli macskaeledelek árát rögzítettük a Chewy.com-tól a Chewy.com webhelyről, kivéve az egyes üzletek márkáit (Harris Teeter ™ Your Pet, Trader Joe's Macskaeledel, Kirkland Signature ™, valamint Paws and Claws Delicious Mix ™). ezen kiskereskedők webhelyeiről szerezték be.

Módszereinket és kutatásainkat az Észak-Karolinai Állami Intézményi Felülvizsgálati Testület (# 3515) és az Észak-Karolinai Természettudományi Múzeum Állattenyésztési és Felhasználási Bizottsága hagyta jóvá (NCSM 2014-01). Minden résztvevő kitöltötte a tájékozott beleegyezési űrlapot, mielőtt mintákat és diagnosztikai információkat szolgáltatott volna macskáiról.

A minta előkészítése

Az összes száraz élelmiszer-mintát kávédarálóval egyenletes méretű porrá őrölték, amelyet vízzel öblítettek és etil-alkohollal tisztítottak az egyes minták között, hogy megakadályozzák a szennyeződést. A homogenizált mintákat külön műanyag tartályokban tároltuk, és a felesleges nedvesség eltávolítása érdekében legalább 24 órán keresztül 40 Celsius fokon szárítottuk. Az összes nedves ételt fagyasztva szárítottuk és porrá őröltük. A kapott macska szőrminták kis részeit kloroformos keverékkel kezeltük, amely 1,0: 2,0: 0,8 rész kloroform, metanol és víz arányát 1 órán át hangfürdőben kezelte, majd ionmentes vízzel leöblítettük, mielőtt a mintákat megszárítottuk. 40 ° C-on (Kays & Feranec, 2011). Az észak-karolinai Természettudományi Múzeumban található madár- és emlősgyűjteményekből származó szőrmintákat és tollakat a madár- és emlősgyűjteményekből szereztek be, és ugyanazon eljárással kezelték, mint a macskaszőrminták előkészítésénél.

Miután megtisztította és/vagy megszárította, az összes mintát (hajat, tollat, száraz ételt és nedves ételt) elektromos mérleg segítségével 0,1 mg pontossággal lemértük nagyjából 2 mg-os adagokra (1,8 és 2,2 mg közötti súlyokat fogadtunk el), és elhelyeztük őket. 5 × 9 mm-es ónkapszulákba. Mindegyik ónkapszulát kocka alakúra hajtották és három 96 lyukú műanyag mintatálca egyikébe tették. Az Egyesült Államokból származó mintatálcákat elemzésre a Kaliforniai Kaliforniai Egyetem Stabilis Izotóp Biogeokémiai Központjához küldték elemzésre, míg az Egyesült Királyságból származó mintákat az Elemtex Stabil Izotóp Elemzéshez. Az egyes helyeken lévő minták ugyanazon folyamaton mentek keresztül az izotópos összetétel meghatározásához. Az izotópok hosszú távú pontossága: 0,1 ‰ δ 13 C esetén és 0,2 ‰ δ 15 N esetén.

Elemzés

Mivel a keverési modelleknél az összes élelmiszer-forrásnál n> 1 kell lennie a teljes modell futtatásához, az ugyanazon gyártó által készített ételeket márka átlagokba egyesítettük, külön kategóriákba sorolva a száraz ételeket, a halalapú nedves ételeket és a hús alapú nedves ételeket.

Az eredményeket statisztikailag hasonlítottuk össze Geweke és Gelman – Rubin diagnosztikával a modellek igazolására, majd a hiteles intervallumok százalékos arányát (hátsó valószínűségek) használva elsődleges alapként a különböző elemek relatív hozzájárulásának meghatározásához az egyes macskák étrendjében. A tér vizuális ábráit és méretezett hátsó sűrűségi diagramokat használták vizuális segítségként ennek a folyamatnak. A macskákat ezután besorolták azok közé, amelyek valószínűleg zsákmányt fogyasztottak, azok közé, amelyek valószínűleg csak macskatáplálékot fogyasztottak, olyanokba, amelyek bizonytalan étrendet folytattak, és olyanokba, amelyek izotópértékei az élelmiszerforrások tartományán kívül esnek. Ez a fajta elemzés régiókban működik azokon a területeken, ahol a növényzet többnyire C3 fotoszintézisre támaszkodik, és az állateledel főleg C4 növényekből származó összetevőkből áll. Ennek eredményeként őshonos növények és állatok δ 13 C-értéke alacsonyabb, mint az állateledelben.

Macska osztályozás

Mivel a MixSIAR modell csak a modellbe bevitt források számára készít javasolt táplálékot, a hátsó valószínűségi értékeket nem vettük figyelembe a High-C kategóriába tartozó macskák esetében, mivel a táplálékukat befolyásoló ismeretlen forrás nem szerepelt a modellben. A macskákat bizonytalannak titulálták, amikor a medián arány értéke kisebb volt, mint 0,245, de nagy volt a variáció, amelyet a 2,5% -os és a 97,5% -os hiteles intervallum által generált 95% -os konfidencia intervallum mutatott, és nagyjából egyenlő távolságra voltak az összes lehetséges táplálkozási forrástól izospace telek.

EREDMÉNYEK

Izotópértékek

Izotópértékeket kaptunk 47 minta 13 potenciális zsákmányfajból, míg 6 zsákmányminta nem megfelelően futott: 2 minta nem adott eredményt, és 4 olyan idegen értéket adott vissza, amely nem felelt meg az adatoknak (S1. Táblázat). Az δ 13 C és a δ 15 N értékei az Egyesült Államok délkeleti részén található összes potenciális őshonos zsákmánynál −17,7 ‰ –25,3 ‰, illetve + 2,0 .5 és + 9,5 ‰ között változtak, és δ 13 C-ra átlagosan −21,9 ‰ (± 2,1 SD). és + 5,5 ‰ (± 1,7 SD) δ 15 N. esetén. Azonos zsákmányfajok egyedei általában hasonló izotópértékekkel bírnak. Csak 7 zsákmányminta δ 13 C-értéke magasabb, mint -20 ‰, beleértve az összeset Mus musculus minták, 1 Pipilo erythrophthalmus, 1 Cardinalis cardinalis, és 1 Zenaida macroura.

Amerikai résztvevőktől izotópértékeket kaptunk 98 száraz macskaeledel mintához és 28 nedves macskaeledel mintához 27 különböző márkától, amelyek 55 különböző ízű macskaeledelt képviselnek (S1. Táblázat). A száraz macskaeledel δ 13 C és δ 15 N értéke átlagosan −19,3 ‰ (± 2,3 SD) és + 4,2 ‰ (± 1,3 SD) volt, míg a nedves eledel értéke −18,9 ‰ (± 1,6 SD) és + 5,9 ‰ (±) 3,0 SD). Nagy eltérés mutatkozott a macskaeledelek között, szén-értékük közel 10 ‰, nitrogénértéke pedig közel 15 ‰ (1. ábra; S1. Ábra). A szénváltozás viszonylag egyenletes volt. A nitrogénvariáció egy tonhalalapú étel egyik kiugrását tartalmazta, a következő legmagasabb érték 7 ‰ alacsonyabb volt. Kétfarkú T-A tesztekből kiderült, hogy a δ 13 C értékek jelentősen különböztek a potenciális zsákmány és a száraz étel között (o 15 N jelentősen különbözött a potenciális zsákmány és a száraz élelmiszer között (o = 0,007), de nem különböztek szignifikánsan a nedves táplálék és a zsákmány között.

1. ábra: Átlagos izotópértékek a macskák és az Egyesült Államokból és az Egyesült Királyságból származó táplálékforrások szórásával

Az Egyesült Királyságból származó 112 élelmiszer-minta 61 száraz és 51 nedves élelmiszer-mintából állt. Ezek a minták nagy eltéréseket mutattak, a szénértékek meghaladva a 11 ‰-ot, a nitrogénértékek pedig közel 13 ing-ot (S2. Táblázat). Az Egyesült Királyságból származó élelmiszerek szén-dioxid-tartalma is kifejezetten alacsonyabb volt az Egyesült Államokból származó élelmiszerekhez képest (1. ábra; S2. Ábra). Több mintánk volt 7 amerikai márkához és 15 amerikai ízhez. Nagy különbségeket tapasztaltunk egy márkán belül, a δ 13 C értéke akár 6,1 ‰, a δ 15 N pedig 6,3 ‰ egy márkán belül (kivéve a tonhalételből származó kiugró értékeket, S1 táblázat, 2A ábra).

2. ábra: Az amerikai macskaeledel minták izotópértékeinek változása márka (A) és ár (B) szerint.

Izotópértékeket vezettünk be 96 egyesült államokbeli macskára, amelyek közül 47 nőstény és 49 hím. A macskák átlagosan 8,7 évesek voltak (± 3,7 SD), de 1 és 17 év közöttiek voltak. A macskák δ 13 C és δ 15 N izotópértékei átlagosan -16,9 ‰ (± 1,6 SD) és + 6,8 ‰ (± 0,9 SD) voltak. A macskáknak is meglehetősen sok variációja volt, a szénértékek körülbelül 6,1 ‰, a nitrogénértékek pedig körülbelül 5,8 ed.

Az Egyesült Királyságból származó 106 macska δ 13 C és δ 15 N izotópértékei átlagosan -21,8 ‰ (± 1,1 SD) és + 6,7 ‰ (± 0,7 SD) voltak. A macskák szénértékei meglehetősen 6 ‰, míg a nitrogén értékek csak 3 ‰ között változtak. Az Egyesült Királyságból származó macskák életkorát és nemét nem vették figyelembe. Kétfarkú T-tesztek azt mutatták, hogy a szénértékek jelentősen különböztek az Egyesült Államokban és az Egyesült Királyságban a macskák esetében (o

A macskák osztályozása

Az Egyesült Államok délkeleti részén található 47 macskából, amelyeket összehasonlíthatunk a regionális zsákmányokkal, 38 macskát futtattunk sikeresen a MixSIAR modellen, míg 9 macskát nem sikerült futtatni, mivel csak egy értékű táplálékforrások voltak. Valamennyi macska sikeresen átfutotta a modellt, és megfelelt a Geweke és a Gelman – Rubin teszt kritériumainak. Vadászként 13 macskát soroltak be (3A. Ábra), 7 nem vadászatba tartozó macskát (3B. Ábra) és 11 magas szén-dioxid-besorolású macskát (3C. Ábra). A magas szén-dioxid-besorolású 11 macskát egy kivételével vadásznak minősítették volna a MixSIAR hátsó valószínűsége alapján. A fennmaradó 16 macskát a keverési modellek alapján nem sikerült pontosan besorolni a középső posterior valószínűségi értékek és a magas variációs szintek miatt, és bizonytalannak jelöltük (3D ábra). A macskák kijelölt kategóriák szerint történő ábrázolása az összes lehetséges háziállat eledelének űrtérjében nagymértékű átfedést mutatott a kategóriák között (4. ábra).

3. ábra: A macskák osztályozása étrend szerint.

4. ábra: 47 macska izotópértékei étrend-kategóriák szerint osztályozva.

A macskák és az ételek átlagos izotópértékei kissé eltérnek a kategóriák között. A macskák átlagos δ 13 C-értéke szignifikánsan különbözött a vadászoknál (−16,99 ‰ ± 1,8 SD) és a High-C macskaállománynál (−16,55 ‰ ± 0,9 SD), mint a nem vadászoknál (−15,65 ‰ ± 0,5 SD), o = 0,02 és o = 0,01). A vadászok és a High-C macskák átlagos macska δ 13 C értéke nem különbözött szignifikánsan (o = 0,44). Nem voltak szignifikáns különbségek az átlagos cat δ 15 N értékekben az összes kategória között; az összes kategória átlagai +6,52 és + 6,88 ‰ δ 15 N. között voltak. A High-C macskák átlagos δ 13 C értéke (−20,57 ‰ ± 1,4 SD) szignifikánsan különbözött a vadászokétól (−18,10 ‰ ± 2,2 SD, o = 0,003) és nem vadászok (−19,06 ‰ ± 0,9 SD, o = 0,014). Nem volt szignifikáns különbség a vadászok és a nem vadászok átlagos δ 13 C értékében (o = 0,18). Az átlagos δ 15 N értékek szignifikánsan különböztek (o = 0,007) nem vadászok (+ 5,49 ± 1,1 SD) és High-C macskák (+ 3,88 ± 0,5 SD) között. A vadászok átlagos táplálék-δ 15 N értéke (+ 4,45 ‰ ± 1,2 SD) nem különbözött szignifikánsan a nem vadászoktól és a High-C macskáktól (o = 0,076 és o = 0,155).

A kétfarkú T-teszt során kiderült, hogy a szex nem számolt be különbséget abban a valószínűségben, hogy a macska kategóriába sorolható (o = 0,63). A macskák 1 és 17 év közöttiek voltak. Az életkor kevés hatással volt arra, hogy a macskák milyen kategóriába sorolhatók; nagyon gyenge korreláció volt (R 2 = 0,0093) kor és kategória között.

Az amerikai állateledelek ára kilogrammonként 1,24 dollártól kilogrammonként csaknem 25 dollárig terjedt. Az egységenkénti élelmiszerár jelentősen negatívan korrelált a szénértékekkel (R 2 = 0,108, o = 0,00018), de nem volt összefüggésben a nitrogénértékekkel (R 2 = 0,0144, o = 0,18) (2B. Ábra). Az átlagos kilogrammonkénti élelmiszerár összehasonlítása a kijelölt macskakategóriák között kétfarkú segítségével T-teszt nem mutatott ki szignifikáns különbséget a vadászok (3,87 USD/kg ± 2,90 SD SD) és a nem vadászok között (3,16 USD/kg ± 1,00 SD SD), o = 0,43), és nincs szignifikáns különbség a vadászok és a High-C besorolású macskák között (5,44 USD/kg ± 2,77 USD SD, o = 0,19). Jelentős különbség volt a nem vadászok és a High-C macskák között (o = 0,03).

A bizonytalan kategóriába csoportosított macskáknak szintén több szignifikáns különbségük volt más kategóriák macskáitól. A bizonytalan macskák átlagos macska δ 13 C értéke (−17,83 ‰ ± 1,4 SD) szignifikánsan különbözött a nem vadászokétól (o A bizonytalan macskák 13 C-értéke (−19,66 ‰ ± 0,9 SD) szignifikánsan különbözött a vadászokétól (o = 0,028). A bizonytalan macskák átlagos étkezési δ 15 N értéke (+ 6,22 ‰ ± 1,6 SD) szignifikánsan különbözött a vadászokétól (o = 0,002) és a magas C-szintű macskák (o

Vita

Az Egyesült Királyságból származó macskaeledelek hasonló mértékű eltéréseket mutattak, mint az Egyesült Államoké, de szénértékük észrevehetően alacsonyabb volt (S2. Ábra). A C különbség valószínűleg azzal magyarázható, hogy az Egyesült Királyságon belül kevesebb kukoricát használnak az állateledelekben (Howsam, 2018). A kukorica takarmány-felhasználására vonatkozó statisztikák mindkét országban azt mutatják, hogy az Egyesült Államokban csaknem 700-szor annyi kukoricát használnak fel, és az USA-ban is a kukorica teszi ki a takarmány-összetevők jóval nagyobb hányadát (Schnepf, 2011 ). A búza és az árpa az elsődleges gabonaösszetevők az állati takarmányokban az Egyesült Királyságban (Howsam, 2018), mindkettő a C 3photos szintetikus útvonalat használja, ismét hozzájárulva az alacsonyabb δ 13 C értékekhez ebben az ételben. Ez a különbség megkérdőjelezi, hogy a magas C izotóp értékek mennyire használhatók a hazai élelmiszerek globális indikációjaként a vadon élő állatok étrendjében (Penick, Savage & Dunn, 2015), azonban nem azt akarjuk mondani, hogy izotóp elemzéssel nem egyszerre hasznos és más helyzetekben sem megfelelő, mivel bebizonyosodott, hogy a stabil izotópok használata segíthet az összetett étrend- és táplálékháló-problémák megválaszolásában (Post, 2002).

A többi 11 olyan macskának, amelyet magas széndioxid-tartalmú étrendnek minősítettek, a szén-izotóp értékek pozitívabbak voltak, mint bármely potenciális táplálékforrás, mind a vadon élő állatok, mind a macskák tápláléka. Ezeknek a macskáknak az átlagos δ 13 C-értéke nagyon hasonló volt a vadászokéhoz, azonban az általuk kapott táplálék drágább volt, mint a vadásznak minősített macskáké, és lényegesen nagyobb, mint a nem vadászoké (2B. Ábra). Ennek a drágább ételnek általában valamivel alacsonyabb volt a δ 13 C értéke is, így a macskák vizuálisan úgy tűntek, mintha magasabbak lennének δ 13 C értékükkel. Lehetséges, hogy ezeket a macskákat olcsóbb macskatáplálékkal vagy potenciálisan étkezési maradékokkal egészítik ki a jelentettek mellett, hozzájárulva a normálisan fogyasztott ételek 13 C-értékéhez.