За последние четыре десятилетия североамериканские перелетные птицы стали меньше, а их крылья стали немного длиннее. Оба изменения, по-видимому, являются реакцией на потепление климата.
Таковы основные результаты нового анализа под руководством Мичиганского университета набора данных о примерно 70 000 североамериканских перелетных птиц 52 видов, которые погибли при столкновении со зданиями в Чикаго.
С 1978 года сотрудники Полевого музея и волонтеры извлекают мертвых птиц, которые столкнулись со зданиями Чикаго во время весенней и осенней миграции. Для каждого образца проводится несколько измерений тела.
Исследовательская группа проанализировала этот чрезвычайно подробный набор данных, чтобы выявить тенденции изменения размера и формы тела. Биологи обнаружили, что с 1978 по 2016 год размер тела уменьшился у всех 52 видов, при этом статистически значимое снижение произошло у 49 видов.
За тот же период длина крыла значительно увеличилась у 40 видов. Выводы планируется опубликовать 4 декабря в журнале Ecology Letters.
У нас были веские основания ожидать, что повышение температуры приведет к уменьшению размера тела, основываясь на предыдущих исследованиях. Шокировало то, насколько последовательно это было. Я был невероятно удивлен, что все эти виды реагируют таким же образом», - сказал ведущий автор исследования Брайан Уикс, доцент Школы окружающей среды и устойчивого развития Университета штата Массачусетс.
Старший автор - Бенджамин Вингер из Департамента экологии и эволюционной биологии Университета штата Массачусетс и Музея зоологии. Уикс работал над проектом в качестве исследователя с докторской степенью в лаборатории Вингера. Среди соавторов Дэвид Э. Уиллард, орнитолог Полевого музея и почетный менеджер коллекций, который измерил все 70 716 птиц, проанализированных в ходе исследования.
Новое исследование представляет собой крупнейший основанный на образцах анализ реакции размера тела на недавнее потепление, и оно показывает наиболее последовательную крупномасштабную реакцию для разнообразной группы птиц, сказал Уикс.
Несколько линий доказательств указывают на причинно-следственную связь между повышением температуры и наблюдаемым уменьшением размеров птичьего тела, по мнению исследователей. Самым убедительным доказательством является то, что в рамках долгосрочных тенденций уменьшения размеров тела и повышения температуры существуют многочисленные краткосрочные колебания размеров тела и температуры, которые кажутся синхронизированными.
«За периодами быстрого потепления очень близко следуют периоды уменьшения размеров тела, и наоборот», - сказал Уикс.«Насколько я знаю, возможность показать такие детали в морфологическом исследовании уникальна для нашей статьи, и это полностью связано с качеством набора данных, сгенерированного Дэвидом Уиллардом».
Дэйву и другим сотрудникам Полевого музея, в том числе соавтору Мэри Хеннен, пришлось приложить титанические усилия, чтобы получить такие ценные данные от птиц, которые в противном случае могли бы быть выброшены после того, как они погибли в результате столкновения зданий., - сказал Уингер.
В пределах видов животных особи, как правило, меньше в более теплых частях своего ареала, закономерность, известная как правило Бергмана. И хотя возможность уменьшения размера тела в ответ на современное глобальное потепление высказывалась десятилетиями, доказательства, подтверждающие эту идею, остаются неоднозначными.
Неопределенность, вероятно, отчасти связана с нехваткой наборов данных, таких как сокровищница Полевого музея.
Для каждой птицы Уиллард измерил длину кости голени, называемой предплюсной, длину клюва, длину крыла и массу тела. У птиц длина предплюсны считается наиболее точным показателем внутривидовой изменчивости размеров тела.
Анализ данных показал, что:
- Три показателя размера тела - длина предплюсны, масса тела и PC1, общий показатель общего размера тела, который объединяет несколько ключевых измерений частей тела - показали статистически значимое снижение. Длина предплюсны уменьшилась на 2,4% у разных видов.
- Длина крыла увеличилась в среднем на 1,3%. Виды с самым быстрым уменьшением длины предплюсны также показали самый быстрый рост длины крыльев.
- Средняя летняя температура была значительно отрицательно связана с размером тела птицы, а это означает, что размер тела значительно уменьшался по мере повышения температуры. В ходе исследования температура на летних гнездовьях птиц к северу от Чикаго повысилась примерно на 1 градус Цельсия (1,8 градуса по Фаренгейту).
Исследования реакции растений и животных на изменение климата часто сосредотачиваются на сдвигах в географическом ареале видов или времени таких событий, как весеннее цветение и миграция. Постоянство уменьшения размера тела, о котором сообщается в новом исследовании, предполагает, что такие изменения следует добавить в список проблем, с которыми сталкивается дикая природа в быстро потепляющемся мире, сказал Уикс..
«Ясно, что есть третий компонент - изменения в размере и форме тела - которые, вероятно, будут взаимодействовать с изменениями в диапазоне и изменениями во времени, чтобы определить, насколько эффективно вид может реагировать на изменение климата», - сказал он.
Миграция птиц на большие расстояния - одно из самых впечатляющих достижений в животном мире. Чрезвычайные энергетические потребности полета на тысячи миль сформировали морфологию перелетных птиц - их форму и строение - для эффективного полета.
Авторы статьи Ecology Letters предполагают, что уменьшение размера тела является ответом на потепление климата и что увеличение длины крыльев может помочь компенсировать потерю массы тела.
Исследователи планируют проверить эту идею в последующем проекте, в котором снова будет использоваться набор данных Field Museum. Они также изучат механизм, стоящий за изменениями размера и формы тела, и будут ли они результатом процесса, называемого пластичностью развития, способности человека изменять свое развитие в ответ на изменение условий окружающей среды.
Птицы, проанализированные в исследовании, представляют собой певчих птиц с небольшим телом, которые летом размножаются к северу от Чикаго и в больших количествах мигрируют по региону. Несколько видов воробьев, камышевок и дроздов составляют большую часть набора данных, при этом тысячи особей каждого вида задокументированы как смертельные столкновения.
Наблюдаемые изменения в размерах и форме птичьего тела едва заметны - разница в массе тела составляет не более пары граммов, а в длине крыльев - несколько миллиметров - и их невозможно обнаружить невооруженным глазом. Авторы отмечают, что набор данных о столкновениях птиц с Филдмузеем подчеркивает ценность коллекций образцов музеев естественной истории, которые помогают ученым понять, как природа меняется во времени.
«Когда мы начали собирать данные, проанализированные в этом исследовании, мы решали несколько простых вопросов о годовых и сезонных вариациях у птиц», - сказал Уиллард из Полевого музея. «Фраза« изменение климата »как современное явление едва зародилась. Результаты этого исследования показывают, насколько важны долгосрочные наборы данных для выявления и анализа тенденций, вызванных изменениями в нашей окружающей среде».
Биология глобальных изменений в Школе окружающей среды и устойчивого развития UM, бывший студент UM Аспен А. Эллис и Макс Л. Витинский из Полевого музея.
Финансирование исследования было предоставлено Полевым музеем и Департаментом экологии и эволюции Мичиганского университета, Музеем зоологии и Институтом биологии глобальных изменений.