‘Don’t jump to conclusions on mismatches in nature’
Climate change may speed up the emergence of insects in northern countries at the onset of spring. This may cause breeding birds, migrating from the south, to come too late to benefit from the insect peak if they do not adjust their travel schedules to the new situation. But Misha Zhemchuzhnikov, ecologist at the Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ) warns his fellow researchers not to jump to conclusions too easily, on possible mismatches in nature. “If you take, for example, a close look at the biomass of the key prey item, instead of the total biomass of insects that come from the melting grounds in Taimyr, in northern Russia, you may get a much better understanding of these so-called trophic mismatches.” Zhemchuzhnikov will defend his PhD thesis on relationships between shorebirds and arthropods in northern Russia (and Greenland), on March 5th, at the University of Groningen.
Little Stint Calidris minuta incubating the clutch. Taymir, Great Arctic State Nature Reserve, area of Knipovich bay. 2019. Photo by Mikhail Zhemchuzhnikov
Shorebirds are generalists with a preference
The so-called trophic match or mismatch between birds and their prey is not an easy, linear equation, Zhemchuzhnikov concludes. “We not only need more, reliable data on mass of insects in relation to snow melt, we also need to take a closer look at specific species of insects.” Chicks of waders like the red knot are ‘omnivorous’ when it comes to certain species of insects. But when Zhemchuzhnikov looked at the DNA of insects that he found in droppings of the little birds, he saw that they do have their preferences. “Yes, they can eat almost any insect, but in daily life on the tundra, they prefer crane flies”, Zhemchuzhnikov saw.
It is therefore necessary to look at the specific numbers and biomass of the preferred prey of the birds. “Looking at ‘just’ general insect numbers or ‘just’ biomass may also provide a deceiving picture”, Zhemchuzhnikov warns. “Based on the long-term monitoring near the research station of Zackenberg, we know that numbers and biomass are not always in sync. This may result in different conclusions about the trophic mismatches”.
Photo by Misha Zhemchuzhnikov, 2022. Red Knot Calidris canutus islandica in the breeding grounds.
Pitfalls
Zhemchuzhnikov urges to set up standard field trials, using pitfalls to catch, count and weigh insects on the tundra. “With the bright colors of these pitfalls, one can also catch flying insects – the pollinators of the Arctic flowers”, Zhemchuzhnikov knows. “But it takes a lot of scientific stamina to be able to draw sound conclusions in the long run.”
Left: Misha Zhemchuzhnikov during the fieldwork in Arctic. Credits: T.K. Lameris. Right: Pitfall trap method for arthropod monitoring. Credits: J.A. van Gils.
Traces in feathers
Unfortunately, there is no diet data from Siberia, collected in the past. “However,”, Zhemchuzhnikov says, “there is an alternative way for going back in time and get an idea about diet composition. We know that the chemical fingerprint that specific species of insects leave behind in the birds, can be found in feathers as well. And luckily, we have a huge sample of these feathers from the juvenile birds, collected for several decades in their wintering sites. Therefore, we are working on a method where we can track back the diet of the birds, analyzing the feathers that were formed during their growth in the breeding grounds.”
Expedition camp. Taymir, Great Arctic State Nature Reserve, area of Knipovich bay. 2018. Photo by Mikhail Zhemchuzhnikov
'Trek geen overhaaste conclusies over mismatches in de natuur'
Klimaatverandering kan het verschijnen van insecten in noordelijke landen in het vroege voorjaar vervroegen. Broedvogels die vanuit het zuiden aankomen, kunnen hierdoor te laat komen om van de insectenpiek te profiteren, als ze hun reisschema's niet aanpassen aan de nieuwe situatie. Maar Misha Zhemchuzhnikov, ecoloog bij het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) waarschuwt zijn collega-onderzoekers niet te snel conclusies te trekken over dat soort potentiële mismatches in de natuur. "Alleen als je goed kijkt naar de biomassa van het belangrijkste prooidier van een vogelsoort, in plaats van naar de totale biomassa van insecten die uit de smeltende bodem kruipen van de toendra in Taimyr, in het noorden van Rusland, krijg je een beter begrip van deze mismatches." Zhemchuzhnikov verdedigt zijn proefschrift over relaties tussen vogels en insecten in Noord-Rusland en Groenland op 5 maart aan de Rijksuniversiteit Groningen.
Steltlopers zijn generalisten met een voorkeur
De zogeheten ‘trofische’ match of mismatch tussen vogels en hun prooi is geen eenvoudige optelsom, concludeert Zhemchuzhnikov. "We hebben niet alleen betrouwbare gegevens nodig over de totale massa van insecten in relatie tot de datum waarop de sneeuw smelt, we moeten ook beter kijken naar specifieke insectensoorten."
Kuikens van steltlopers zoals de kanoet zijn 'omnivoor' als het gaat om bepaalde soorten insecten. Maar toen Zhemchuzhnikov naar het DNA van insecten keek dat hij in de uitwerpselen van de vogeltjes vond, zag hij dat ze wel degelijk hun voorkeuren hebben. "Ja, ze kunnen bijna elk insect eten, maar in het dagelijks leven op de toendra geven ze de voorkeur aan langpootmuggen", zag Zhemchuzhnikov.
Daarom is het belangrijk om te kijken naar de specifieke aantallen en biomassa van de favoriete prooien van de vogels. "Kijken naar 'slechts' algemene aantallen insecten of 'slechts' biomassa kan een misleidend beeld geven", waarschuwt Zhemchuzhnikov. "Op basis van de langetermijnmonitoring in de buurt van het onderzoeksstation Zackenberg weten we bijvoorbeeld dat aantallen en biomassa niet altijd synchroon lopen. Dit kan leiden tot verschillende conclusies over de trofische mismatches".
Valkuilen
Zhemchuzhnikov raadt aan om op een gestandaardiseerde manier veldproeven op te zetten, waarbij potjes in de grond, als een soort valkuiltjes worden gebruikt om insecten op de toendra te vangen, tellen en wegen. "Met de felle kleuren van deze potjes kan je ook vliegende insecten vangen, de bestuivers van de Arctische bloemen", weet Zhemchuzhnikov. "Maar het vergt veel wetenschappelijk doorzettingsvermogen om op de lange termijn goede conclusies te kunnen trekken."
Sporen in veren
Helaas zijn er geen dieetgegevens uit Siberië die in het verleden zijn verzameld. "Maar", zegt Zhemchuzhnikov, "er is een alternatieve manier om terug te gaan in de tijd en tóch een idee te krijgen over de samenstelling van het dieet. We weten dat de chemische vingerafdruk die specifieke insectensoorten in vogels achterlaten, ook in veren te vinden is. En gelukkig hebben we een enorme hoeveelheid van deze veren van jonge vogels, die tientallen jarenlang verzameld zijn op hun overwinteringsplaatsen. Daarom werken we aan een methode waarmee we het dieet van de vogels kunnen achterhalen door de veren te analyseren die werden gevormd tijdens hun groei in de broedgebieden."