Команда, которая в прошлом году задокументировала крах сообществ птиц в пустыне Мохаве за последнее столетие – 29 процентов из 135 видов птиц, которые присутствовали 100 лет назад, менее распространены и менее широко распространены сегодня, – теперь определила вероятную причину: жара. стресс, связанный с изменением климата.
Последние результаты исследователей, являющиеся частью проекта исследования Гриннелла Калифорнийского университета в Беркли, основаны на сравнении уровней сокращения численности видов с компьютерным моделированием того, как «виртуальные птицы» должны справляться с жарой в средний жаркий день в Долине Смерти, который может достигать 30 градусов по Цельсию. – 90-е по Фаренгейту – при низкой влажности. Эти температуры в среднем составляют 2 ° C (3 ° C).6 F) горячее, чем 100 лет назад. Птицы, которые предсказывала модель, потребуют больше всего воды сегодня, по сравнению с тем, что было 100 лет назад, были видами, которые больше всего сократились в пустыне Мохаве за последнее столетие.
Пустыня находится на границе Калифорнии и Невады.
Наибольшую опасность представляют более крупные птицы, а также те, которые питаются насекомыми или животными.
«Мы часто думаем, что изменение климата может вызвать массовую смертность в будущем, но это исследование говорит нам, что изменение климата, которое уже произошло, слишком жаркое, и в определенных областях животные не могут переносить потепление и сушку, которые уже произошло ", – сказал ведущий автор Эрик Ридделл, докторант Калифорнийского университета в Беркли.
Виртуальная симуляция птиц была уникальной, поскольку позволила исследователям определить влияние ежедневного физиологического стрессора в пустыне – жары – когда птицы покидают тень, чтобы добыть себе пищу или найти себе пару.
Другие аспекты изменяющейся окружающей среды, такие как смена источников пищи и огонь, только усугубляют тепловой стресс.
«Это одно из первых исследований, которое напрямую связывает увеличение физиологических требований из-за более теплого и сухого климата с изменениями, происходящими в биоразнообразии», – сказал старший автор Стивен Байссинджер, профессор экологических наук, политики и управления Калифорнийского университета в Беркли. и научный сотрудник Музея зоологии позвоночных в Беркли. "Большинство предыдущих исследований не обнаружили прямой физиологической связи между изменением климата и изменением биоразнообразия, которое обычно опосредовано изменениями в пищевой сети или конкурирующих видов. Наше исследование указывает на прямое влияние изменения климата через увеличение потребности в воде для испарительного охлаждения для поддержания температуры тела в зоне комфорта."
По словам Байссинджера, выводы команды об этих пустынных птицах Калифорнии и Невады могут применяться к видам из других регионов мира.
«Ожидается, что более теплые и сухие условия будут распространяться с изменением климата, поэтому мы, вероятно, ожидаем увеличения потребности птиц в испарительной воде во многих местах», – сказал он. "Некоторые из этих эффектов могут не ограничиваться только пустыней. Имеет ли значение для насекомоядного, которое не пьет воду, если оно находится в жаркой пустыне или в вашем жарком родном городе, – говорят в Атланте? Поскольку климат нагревается, я не уверен."
Бейсинджер, Ридделл и их коллеги подробно изложили свои выводы в статье, которая будет опубликована на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Проект исследования Гриннелла, 15-летний проект по повторному посещению и регистрации дикой природы в местах вокруг Калифорнии, которые посетил биолог Калифорнийского университета в Беркли Джозеф Гриннелл и его коллеги в Музее зоологии позвоночных между 1904 и 1940 годами. Сравнение жизни млекопитающих и птиц в штате за более чем столетие выявило изменения, вызванные изменением климата на сегодняшний день, и дало представление о том, что может произойти в ближайшие десятилетия по мере продолжения глобального потепления.
Одышка и трепетание горла
Как и люди, птицы регулируют внутреннюю температуру в пределах комфортного диапазона. Но они не потеют. Как и собаки, они тяжело дышат, но также могут вибрировать мышцы горла, что называется трепетанием горла.
В результате увеличивается воздушный поток, и испаряющаяся вода охлаждает их.
Однако чем больше они нагреваются, тем больше воды они должны выдохнуть, чтобы снизить температуру тела. Команда подсчитала, что более крупным птицам, таким как скорбящий голубь, сегодня требуется на 10-30% больше воды, чтобы сохранять прохладу из-за повышения температуры в пустыне Мохаве на 2 ° C за последние 100 лет.
Согласно анализу Калифорнийского университета в Беркли, птицы, которые едят насекомых или других животных, больше подвержены угрозе из-за изменений в потере воды за счет испарения, потому что они обычно получают всю воду из влаги, содержащейся в пище.
Они редко, если вообще когда-либо, пьют из поверхностных источников воды. Увеличение потребности в воде на 30% может означать, что более крупным птицам придется ловить дополнительно от 60 до 70 насекомых в день, чтобы пережить повышенную жару. Если эти жуки вообще есть, птицам все равно придется потратить дополнительную энергию и время, чтобы найти их.
Полевое исследование команды, проведенное докторантом Келли Икнаян и опубликованное в прошлом году, подтверждает это предсказание: американская пустельга, степной сокол и индюковый гриф, все крупные и плотоядные, уменьшились, равно как и крупные насекомоядные, такие как белоголовый стриж. , фиолетово-зеленая ласточка, мухоловка оливковая, жаворонок западный и голубая птица западная.
Согласно модели, более мелкие птицы, которые едят семена или являются всеядными, менее подвержены опасности. Фактически, более раннее исследование показало, что мелкие насекомоядные в пустыне Мохаве – сине-серый мухоловка, король с рубиновым венцом, горный синица, чернохвостый мухоловка, чернозобый воробей, вердин и каньонный крапивник – пострадали меньше. прошлый век.
Птицы-вегетарианцы, например, мясоеды, сталкиваются с другой проблемой. Поскольку они могут пить из поверхностных источников воды – источников и бассейнов в пустынных оазисах, они могут дополнять воду, которую получают из своей пищи. Но это только если есть вода.
Даже охраняемые территории пустыни Мохаве – Долина Смерти, Национальный парк Джошуа-Три и Национальный заповедник Мохаве, где проводились исследования птиц, – становятся суше из-за изменения климата и откачки грунтовых вод близлежащими городами и сельскохозяйственными районами. В результате погибшие от жары также подвержены риску смерти от жары.
Опрос группы птиц в этих парках подтвердил, что большинство пожирателей калеки в районах с открытыми источниками воды меньше пострадали от изменения климата за последнее столетие.
"Для тех, кто ест растительную пищу, это более бинарно: выживал ли вид на каком-либо участке за последние 100 лет, это больше связано с наличием или отсутствием поверхностных вод.
Если бы вы могли пить, вам было бы лучше, чем если бы вы не могли пить », – сказал Ридделл. Чем выше его потребности в воде, тем больше вид сокращается. Итак, изменение климата проявляется по-разному для разных членов птичьего сообщества."
Исследователи отметили, что некоторые птицы приспосабливаются к более жарким температурам, перемещаясь на север или вверх по горным склонам, чтобы найти более прохладные места обитания, в то время как другие переносят периоды активного гнездования на более ранний период года, чтобы избежать более жарких летних температур.
Некоторые виды даже становятся меньше, уменьшая свои потребности в воде. Но птицы могут уменьшить свой размер не настолько сильно.
«Мы изучили эту возможность: насколько маленькими должны быть птицы, чтобы поддерживать тот же уровень стресса», – сказал Ридделл. "Это было что-то нелепое, например, на 35-50 процентов меньше.
Этого не произойдет, это слишком мало."
Виртуальные птицы
Ридделл, имеющий образование в области физики, смоделировал тепловой баланс 50 различных видов пустынных птиц на компьютере, получив физические данные по каждому из образцов из Музея зоологии позвоночных. Эти данные включали размер, а также отражательную способность перьев, длину перьев и глубину перьев на спине и животе.
Он подтвердил модель, сравнив ее прогнозы с данными о тепловом балансе содержащихся в неволе птиц, а также с экспериментами на физических моделях птиц, проведенными исследователями, в том числе соавтором Блэром Вольфом из Университета Нью-Мексико в Альбукерке.
Затем он запустил модель, варьируя условия для каждого вида птиц – от пребывания на солнце весь день до пребывания в тени весь день – при различных температурах. В Долине Смерти рекордно высокая температура на Земле: 134 F в 1913 году.
С помощью этих виртуальных экспериментов Ридделл и его коллеги смогли получить точные оценки количества дополнительной воды, необходимой для испарительного охлаждения для каждого вида птиц сегодня по сравнению с тем, что было 100 лет назад, и того, что этим птицам понадобится в будущем при различных изменениях климата. сценарии.
Неудивительно, что более крупным птицам сегодня требуется большее количество воды, и они представляют собой многие из видов, наиболее пострадавших с начала 20 века. Ридделл предсказывает, что в худшем случае изменения климата более крупным птицам, таким как скорбящий голубь, может потребоваться почти вдвое больше обычного количества воды к концу века, чтобы оставаться достаточно прохладными, чтобы выдержать более высокие температуры в пустыне.
«Люди сосредотачивались на порогах летальности для птиц, но нашей метрикой была смерть от тысячи сокращений: периодические затраты на охлаждение, с которыми птицам придется сталкиваться каждый день», – сказал Ридделл. «Согласно работе Келли, мы наблюдаем 50-процентное сокращение видового разнообразия на участках в пустыне, которые столетие назад посетил Гриннелл.
На самом деле вопрос не в том, когда это произойдет в будущем, а в понимании того, что мы уже сделали, что уже произошло."
Барри Синерво из Калифорнийского университета в Санта-Круз также был соавтором статьи.
Работа финансировалась Национальным научным фондом (1457742).