На протяжении десятилетий одним из самых насущных вопросов для экологов был: «Почему виды живут там, где они живут? И каковы факторы, которые удерживают их там?» Исследование, проведенное Принстонским университетом, опубликованное на февральской обложке журнала Ecology, может дать важный ответ на этот вопрос, особенно для животных в горных районах с умеренным климатом.
Исследователи потратили два года на документирование распространения 70 видов птиц в Гималаях в Индии и обнаружили, что температура и среда обитания в основном определяют высоты, на которых живут птицы. Более ранние исследования тропических птиц, проведенные другими учеными, показали, что конкуренция ограничивает ареалы большинства видов, и этот вывод часто считался верным и для зон с умеренным климатом.
Исследователи, однако, обнаружили, что конкуренция устанавливает границы лишь для 12 процентов гималайских видов птиц, в то время как температура и среда обитания диктуют, где 48 и 40 процентов видов соответственно устраивают свои гнезда. Это исследование является одним из первых, в котором специально записывается температура на всем диапазоне высот разных видов; в предыдущих исследованиях высота над уровнем моря использовалась как ненадежный показатель температуры.
Выводы убедительно доказывают, что конкуренция и другие факторы не одинаково важны во всех регионах мира, сказал соавтор Дэвид Уилков, профессор экологии, эволюционной биологии и связей с общественностью Принстонского института окружающей среды.
«Правила игры в разных местах сильно различаются», - сказал Уилков.«Это важный шаг к построению всеобъемлющей глобальной перспективы. Понимание этого может быть очень важным для прогнозирования того, как жизнь на Земле изменится в результате изменения климата. Если мы не сможем понять правила, по которым устроена природа, мы победим». Я не понимаю, как все, что мы делаем с миром, повлияет на дикую природу».
Первый автор Пол Элсен, который руководил исследованием в качестве аспиранта Принстона в области экологии и эволюционной биологии, объяснил, что результаты показывают, что виды, живущие в умеренных горных средах обитания, особенно в северных широтах, могут столкнуться с еще большими последствиями от изменение климата, чем считалось ранее, по мере повышения температуры и изменения или разрушения среды обитания. Исследователи выбрали птиц из-за их вездесущности, разнообразия и простоты наблюдения, но результаты, вероятно, могут быть применимы ко многим другим теплокровным горным видам, сказал он.
Если виды привязаны к тому месту, где они живут, температурой, они будут гораздо более контролируемы температурой в будущем, чем мы могли подумать. Там, где они будут жить в будущем, скорее всего, будут напрямую отслеживаться локальные изменения температуры, вызванные глобальным изменением климата», - сказал Элсен, в настоящее время научный сотрудник Дэвида Х. Смита в Калифорнийском университете в Беркли..
«Горные регионы очень чувствительны к изменению климата, потому что их температура быстро растет», - сказал Элсен. «По всему миру мы уже видели, как виды меняют свои ареалы в ответ на изменение климата».
Если ученые и защитники природы знают факторы, определяющие, почему виды живут там, где они живут, они могут более эффективно направлять свои усилия и ресурсы на обеспечение выживания этих видов, сказал Уилков, который был советником доктора Элсена в Принстоне.
«Если закономерность, которую мы обнаружили для гималайских птиц, применима в большей степени к умеренной зоне, мы можем ожидать нарушения в сообществах видов в этих зонах в результате изменения климата и изменений в землепользовании», - сказал Уилков.
Если вы знаете, что видам придется перемещаться, но мы не можем с уверенностью предсказать, куда именно они переместятся, вы хотите, чтобы им было как можно проще добраться из одного места в другое и найти ресурсы, в которых они нуждаются», - сказал он.
«Это подтверждает необходимость большего количества парков и заповедников, охватывающих больше мест», - сказал Уилков. «Мы должны думать о более широком ландшафте и убедиться, что у нас есть много мест для обитания видов. Нам также нужно найти способы обеспечить коридоры подходящей среды обитания между охраняемыми территориями, чтобы виды могли перемещаться по мере изменения климата».
Подъем в гору
Поскольку среда обитания меняется с высотой, горы идеально подходят для изучения того, как виды меняются в зависимости от температуры и рельефа, сказал Элсен.
«Если вид распространен на обширной территории, чрезвычайно сложно изучить этот вид во всем его естественном ареале», - сказал он. «Однако, если вы работаете в горных районах, где каждый вид занимает определенную полосу высот, вы можете утром войти в ареал вида, а к полудню оказаться в его конце, просто поднявшись вверх по склону. Мы можем относительно легко изучать большое количество видов птиц».
Исследование было сосредоточено на трех типах горной среды обитания в Индийских Гималаях: смешанные широколиственные и хвойные леса; смешанные хвойные леса; и высокогорные леса, состоящие в основном из выносливых вечнозеленых растений, таких как пихты. Эти места обитания аналогичны тем, которые встречаются в других регионах с умеренным климатом, включая Соединенные Штаты.
Элсен провел четыре месяца в пеших походах в Гималаях для своих исследований. Ему нужны были относительно нетронутые места обитания на непрерывных уклонах высот, поднимающихся по склону горы; в то же время Эльсен должен был иметь возможность ходить по местности, будучи обремененным кемпингом и научным оборудованием.
Апрель-июнь 2013 и 2014 годов он провел в походах по индийским штатам Химачал-Прадеш и Уттаракханд, собирая данные. Элсен вместе с соавтором и ведущим полевым помощником Рамнараяном Кальянараманом из природного треста Химал Пракрити в Уттаракханде зафиксировали присутствие и численность видов птиц, а также среду обитания и температуру (используя оборудование для мониторинга, которое он установил на время исследования).). Соавтор Кришнамурти Рамеш из Института дикой природы Индии выступал в качестве советника Эльсена в Индии и помогал с разрешениями и логистикой.
Гималаи демонстрируют замечательное разнообразие птиц, сказал Элсен - почти 10 процентов видов птиц в мире живут там, по крайней мере, часть года. Уникально то, что разнообразие гималайских птиц увеличивается в два раза по мере продвижения с запада на восток, сказал он. Благодаря этому Эльсен и его полевые помощники смогли выделить и проанализировать конкуренцию как механизм распространения видов.
В восточных Гималаях больше видов и, следовательно, больше потенциальных конкурентов, чем в западных Гималаях. Таким образом, если виды ограничены конкуренцией, птицы, которые встречаются как на востоке, так и на западе, должны занимать более узкую полосу высоты по направлению к восточной части своего ареала, сказал Элсен. Но исследователи обнаружили, что более трех четвертей видов жили бок о бок со своими предполагаемыми конкурентами. С другой стороны, почти у половины исследованных видов птиц высота над уровнем моря определялась температурой или средой обитания.
«Виды на самом деле способны сосуществовать с теми, кого мы считали их доминирующими конкурентами», - сказал Элсен. «Число видов, ограниченное температурой и средой обитания, однако, намного больше, чем сообщалось в предыдущих исследованиях из других частей мира. Значение состоит в том, что температура будет играть гораздо более важную роль в установлении будущих распределений, чем мы думали ранее.."
Тревор Прайс, профессор биологии Чикагского университета, сказал, что надежные данные, которые предоставляют исследователи, убедительно показывают, что температура и среда обитания являются важными факторами, определяющими диапазон, не только в Гималаях, но, возможно, и в гораздо более широком смысле.
«Одним из самых впечатляющих моментов этого исследования является то, что им удалось задокументировать распределение всех этих птиц», - сказал Прайс, который знаком с исследованием, но не принимал в нем участия.
"Я думаю, что результаты потрясающие, и это важный вклад. Их результаты очень общие, и было бы целесообразно попытаться воспроизвести их в другом месте. Я действительно не думаю, что системы во всем мире сильно различаются", - он сказал. «Теоретики могут использовать эти данные, чтобы смоделировать, как, по нашему мнению, изменение климата повлияет на ареалы обитания. По мере того, как температура поднимается в гору, птицы, вероятно, будут двигаться вместе с ней».
Тем не менее, результаты показывают, что ни один фактор не определяет распространение видов по всему миру, сказал Прайс. Так же, как исследование показало, что конкуренция не универсальна, сильное влияние температуры в Гималаях предполагает, что другие факторы, такие как осадки и паразиты, могут управлять территориями видов в других частях мира.
Это ясно показывает роль температуры, но очень трудно распределить эффекты среди всех различных вещей, которые могут происходить. Я действительно считаю, что температура является одним из многих факторов - действительно, температура и осадки вероятны. также влиять на то, где находится добыча и другие ресурсы, тем самым косвенно воздействуя на этих птиц», - сказал Прайс.
«Исходные данные, которые у них есть сейчас, подготовят почву для гораздо более тщательного анализа», - сказал он. «В конечном счете, нам потребуются более подробные исследования, чтобы выяснить, как взаимодействуют различные факторы. Суть в том, что должна действовать комбинация всех этих факторов - не может быть только один».