Ураган Дориан - последний пример пугающей тенденции. Экстремальные погодные явления становятся все более частыми, суровыми и широко распространенными в результате изменения климата. Новое исследование Вашингтонского университета в Сент-Луисе дает важную новую информацию о том, как разные виды могут жить в условиях этой новой нормы.
Столкнувшись с беспрецедентными изменениями, животные и растения пытаются наверстать упущенное, но результаты неоднозначны. Новая модель, разработанная Карлосом Ботеро, доцентом кафедры биологии в области искусств и наук, и Томасом Хааландом, бывшим аспирантом Норвежского университета науки и технологий, помогает предсказать типы изменений, которые могут привести к исчезновению данного вида.
Исследование, опубликованное 27 сентября в журнале Ecology and Evolution, ставит под сомнение идею о том, что виды, ранее подвергавшиеся более изменчивым условиям, с большей вероятностью выживают в экстремальных условиях.
«Трудно предсказать, как организмы будут реагировать на изменения в экстремальных явлениях, потому что эти события по определению происходят довольно редко», - сказал Ботеро. «Но мы можем иметь довольно хорошее представление о том, как тот или иной вид может реагировать на текущие изменения в этом аспекте климата, если мы обратим внимание на его естественную историю и получим некоторое представление о климатическом режиме, в котором он находился в прошлом».
Неожиданные уязвимости
Исследователи в лаборатории Ботеро используют различные инструменты из области экологии и эволюционной биологии, чтобы изучить, как жизнь - от бактерий до человека - справляется с повторяющимися изменениями окружающей среды и приспосабливается к ним.
В новом исследовании Ботеро работал со своим бывшим студентом Хааландом, который сейчас является научным сотрудником Цюрихского университета в Швейцарии, над разработкой эволюционной модели того, как популяции реагируют на редкие экстремальные условия окружающей среды.(Вспомните: 500-летние наводнения.) Эти редкие события могут быть сложными для эволюции, потому что трудно адаптироваться к опасностям, с которыми почти никогда не сталкиваешься.
С помощью компьютерного моделирования Хааланд и Ботеро обнаружили, что определенные черты характера и опыт стали ключевыми индикаторами уязвимости.
В частности, они нашли:
- Виды, размножающиеся один раз в жизни, склонны к консервативному поведению или морфологии, как если бы каждый раз ожидали экстремальных условий окружающей среды.
- В отличие от видов, у которых одна особь может воспроизводиться несколько раз и в разных условиях (скажем, птица, которая гнездится несколько раз за сезон и на разных деревьях), эволюция предпочитает вести себя так, как будто экстремальных условий окружающей среды просто никогда не бывает.
Ключевая мысль этой новой модели заключается в том, что виды, принадлежащие к первой, «консервативной» категории, могут легко адаптироваться к более частым или широко распространенным экстремальным условиям, но им трудно приспособиться, когда эти экстремальные условия становятся более интенсивными. Противоположное верно для видов из последней, «беззаботной» категории.
Хааланд и Ботеро также обнаружили, что факторы, ускоряющие эволюцию признаков, обычно препятствуют адаптации к редким событиям отбора, а не благоприятствуют ей. Частично причина в том, что высокий уровень мутаций, как правило, облегчает процесс адаптации к нормальным условиям в течение длительных интервалов между экстремальными условиями окружающей среды.
«Наши результаты бросают вызов идее о том, что виды, которые исторически подвергались воздействию более изменчивых условий, лучше приспособлены к изменению климата», - сказал Ботеро.
"Мы видим, что простые изменения в характере и интенсивности экстремальных явлений окружающей среды могут быть смертельными даже для популяций, которые испытали подобные события в прошлом. Эта модель просто помогает нам лучше понять, когда и где у нас может возникнуть проблема."
Применимо ко многим экстремальным условиям окружающей среды
Простая структура, которую описывают Хааланд и Ботеро, может быть применена к любому виду экстремальных экологических явлений, включая наводнения, лесные пожары, периоды сильной жары, засухи, периоды холода, торнадо и ураганы - все это можно считать частью новая нормальность» в условиях изменения климата.
В качестве примера возьмем сильную жару. Модель можно использовать для прогнозирования того, что произойдет с видами животных или растений, когда будет больше волн тепла, когда волны тепла будут длиться дольше или когда типичные волны тепла охватят большие территории.
«Регионы, в которых тепловые волны раньше были редкими и неоднородными, скорее всего, в основном обитают виды, которые не проявляют заметной адаптации к экстремальной жаре», - сказал Ботеро. «Наша модель показывает, что наибольшей угрозой исчезновения в этих конкретных местах будут более частые или широко распространенные волны тепла, и что виды, вызывающие наибольшую озабоченность в этих местах, будут эндемиками и видами с небольшим географическим распространением.
«И наоборот, можно ожидать, что районы, в которых волны тепла исторически были обычным явлением и широко распространены, будут обитать виды, которые уже демонстрируют адаптацию к экстремальной жаре», - добавил Ботеро. «В этом случае наша модель предполагает, что типичные жители этих мест, вероятно, будут более уязвимы к более высоким температурам, чем к более длительным или более распространенным волнам тепла."
Информирование природоохранных мероприятий
Новая модель дает специалистам по охране дикой природы и природоохранным организациям представление о потенциальной уязвимости различных видов на основе относительно простых оценок их естественной истории и исторической среды.
Например, исследование 2018 года, проведенное Колином Донихью, приглашенным научным сотрудником Вашингтонского университета, показало, что у ящериц Anolis в Карибском бассейне, как правило, развиваются более крупные подушечки пальцев и более короткие конечности в ответ на ураганы, потому что эти черты помогают им лучше цепляться за ветки при сильном ветре. Новая модель предполагает, что, хотя эти ящерицы вряд ли пострадают от более частых ураганов, их популяции, тем не менее, могут столкнуться со значительной угрозой исчезновения, если будущие ураганы станут более интенсивными. Ботеро предположил, что возможным решением этой проблемы может быть создание убежищ от ветра по всему острову, чтобы часть населения могла избежать сильных ветров.
"Хотя это простое природоохранное действие вряд ли полностью сдвинет баланс с "консервативной" на "беззаботную" эволюционную реакцию на экстремальные явления, тем не менее, оно может уменьшить сильнейшую уязвимость этих "консервативных" популяций ящериц. ", - сказал Ботеро. «Это может просто дать им достаточно времени, чтобы накопить достаточные эволюционные изменения в пальцах ног и конечностях, чтобы соответствовать новым требованиям их измененной среды обитания».