Исследователи LSU обнаружили новую взаимосвязь между изменением климата, бабочками-монархами и растениями молочая. Оказывается, потепление влияет не только на монарха Danaus plexippus, но и на эту бабочку, потенциально превращая ее любимую растительную пищу в яд.
Брет Элдерд, доцент кафедры биологических наук ЛГУ, и Мэтью Фолдин, доктор философии. Студент лаборатории Элдерда из Кэти, штат Техас, опубликовали сегодня свои выводы в соавторстве с Марком Хантером из Департамента экологии и эволюционной биологии и Школы природных ресурсов и окружающей среды Мичиганского университета. Это исследование опубликовано в Ecology.
«Многие исследования глобального изменения климата сосредоточены на одном виде и на том, как изменение климата повлияет на этот вид», - сказал Элдерд. «Но мы знаем, что на самом деле виды взаимодействуют друг с другом и часто тесно связаны друг с другом».
Одним из таких взаимодействий видов является взаимодействие бабочки монарха и молочая, рода Asclepias. Монарх является обязательным питателем молочая. Особи всегда откладывают яйца на молочай, а личинки развиваются только на различных видах именно этого растения.
"Мы хотели изучить, как взаимодействие видов, таких как отношения монарха и молочая, меняется с изменением климата, или косвенное влияние изменения климата на бабочек монархов через растения, которые они едят и на которых откладывают яйца", - сказал Старейшина.
Фалдин и Элдерд обнаружили, что местное потепление, связанное с изменением климата, может вызвать химические изменения в молочаях, которые, в свою очередь, влияют на бабочек-монархов, когда они и их личинки питаются определенными видами этого растения, особенно неместным молочая, Asclepias курассавица.
«Важно понять, как изменения, вызванные молочаями, влияют на бабочек-монархов», - сказал Фалдин.
Существует несколько различных видов молочая, но все они имеют общую черту. Они производят токсичные химические вещества в ткани листьев, называемые карденолидами, которые отпугивают большинство хищников позвоночных. Эти химические вещества относятся к классу сердечных гликозидов, которые мешают работе натрий-калиевых насосов в сердце и других тканях и даже могут воздействовать на человека при попадании внутрь в больших количествах. Монархи, однако, в процессе эволюции стали устойчивыми к карденолидам до определенного момента. Откладывая яйца на растениях молочая, которые содержат токсичные для их хищников уровни карденолидов, монархи защищают своих гусениц от поедания. После вылупления и поедания листьев молочая гусеницы полны карденолидов, которые делают их неприятными на вкус для большинства хищников, таких как птицы. Бабочки монархи также изолируют это соединение в своих крыльях. Их контрастные ярко-оранжевые и черные крылья сигнализируют птицам, таким как голубые сойки, «не ешьте меня».
Но если растение молочая производит слишком много этого токсичного химического вещества, гусеницы, которые питаются тканями листьев растения, могут непреднамеренно отравить себя.
«Это ситуация Златовласки для бабочек монархов. Слишком мало этих химических веществ в молочаях, и растение не защитит гусениц монархов от поедания», - сказал Элдерд. «Но слишком высокая концентрация этих химикатов также может повредить монархам, замедляя развитие гусениц и снижая выживаемость».
Фокус заключается в том, что монархи находят вид молочая, который является правильным с точки зрения количества производимых им карденолидов. На юге США этот идеальный вид оказался инвазивным молочаем A. curassavica, также известным как «тропический молочай», который обычно продается в садоводческих магазинах.
"А.curassavica вынослива. Он держится на своих листьях дольше, чем большинство других видов, и цветет в течение всего года, что делает его привлекательным для садоводов и домовладельцев», - сказал Фолдин.."
И монархи любят инвазивную A. curassavica. На самом деле в нынешних климатических условиях взрослые монархи, питающиеся этим видом молочая, демонстрируют более высокую выживаемость и вес. Это потому, что A. curassavica содержит идеальное количество карденолидов - чуть ли не слишком много. Но условия окружающей среды, повышающие уровень карденолидов в этом растении, такие как более высокие температуры, могут создать экологическую ловушку для монархов.
Поскольку это растение чувствует повышение температуры, оно вырабатывает больше карденолидов, возможно, в качестве защитного механизма.
Зависимое от температуры увеличение концентрации карденолидов в A. curassavica, которое Элдерд и Фалдин наблюдали в полевых условиях в течение трех дней после размещения крошечных тепличных сооружений вокруг этих растений, подталкивает монархов к переломному моменту, отравляя их личинки, задерживает рост личинок и приводит к появлению бабочек с низкорослыми передними крыльями.
По сути, с изменением климата слишком много хорошего становится плохим, особенно когда речь идет о тропическом молочаях. Местная молочая A. incarnata естественным образом производит меньше токсичных химических веществ, чем тропическая молочая, но более теплые условия радикально не меняют эти уровни. В условиях глобального потепления монархи, питающиеся неместным молочаями, живут намного хуже с точки зрения роста и выживания, чем монархи, питающиеся местными молочаями.
«Если я бабочка-монарх и реагирую на прошлые условия окружающей среды, я откладываю яйца на A. curassavica», - сказал Элдерд. «Но в условиях глобального потепления я окажу своему потомству медвежью услугу, сам того не подозревая».
Условия потепления, которые Элдерд и Фалдин применили к растениям молочая в полевых условиях, имитируют температуры, которые, по прогнозам, возникнут в Батон-Руж, штат Луизиана, в ближайшие 40 лет или раньше. Если, например, жара.
«Все чаще признается, что взаимодействие видов, особенно взаимодействие между тесно связанными видами, необходимо учитывать при попытке понять полное влияние изменения климата на экологическую динамику», - пишут авторы..
К сожалению, инвазивные растения молочая распространены повсюду на юге США. Фалдин надеется повысить осведомленность продавцов растений, садоводов и домовладельцев о том, что, учитывая глобальное изменение климата, лучше сажать местный молочай, а не распространенный, неместный тропический молочай для монархов.
Что дальше?
Фалдин и Элдерд привлекают студентов бакалавриата ЛГУ к последующим исследованиям, например, для оценки условий, которые могут способствовать развитию местных растений молочая в районах, где им приходится конкурировать с инвазивными видами.