Поскольку потепление климата побуждает разрушительного южного соснового жука расширять свой ареал на север, более прохладная погода в этой новой среде обитания может потенциально увеличить смертоносность нападения насекомого на деревья, согласно новому исследованию Дартмутского колледжа.
Исследование демонстрирует, как изменение климата может создать разрушительный двойной удар по лесам, которые уже подверглись нападению, и еще один механизм, с помощью которого погода может повлиять на обилие насекомых-вредителей.
В исследовании группа исследователей из Дартмута показывает, как более низкие осенние и зимние температуры в северных широтах влияют на рост и развитие неполовозрелых южных сосновых жуков, что приводит к более синхронному появлению взрослых особей после потепления.
Поведение, подробно описанное в исследовании, повышает риск для сосновых лесов, потому что появляющиеся жуки убивают деревья, нападая в больших количествах. Чем больше жуков активны одновременно, тем больше шансов, что они сокрушат защиту деревьев и произведут еще больше жуков для атак следующего поколения.
«Изменение климата не только дает этому разрушительному виду новую территорию для добычи, но и создает более смертоносных вредителей, которые могут нанести ущерб лесам», - сказал Джеффри Ломбардо, который проводил исследование в качестве кандидата наук в Дартмуте.
Хотя южный сосновый жук родом из юго-восточной части Соединенных Штатов, он процветает по мере потепления климата. Этот вредитель является символом расширения ареала, которое разрешено изменением климата. За 15 лет насекомое неуклонно увеличивало свой ареал от юго-востока США до Нью-Джерси, Лонг-Айленда в Нью-Йорке, Коннектикута, Массачусетса, а теперь и на север до северной части штата Нью-Йорк.
Стремясь понять механизмы, которые усиливают успех насекомых в ответ на изменение климата, Дартмутское исследование фокусируется на том, как различные погодные условия влияют на развитие жука от личинки до взрослой особи.
«Это исследование дает нам более глубокое понимание того, как разница температур влияет на вид, который вышел за пределы своего традиционного ареала», - сказал Мэтью Эйрес, профессор биологии в Дартмуте и соавтор исследования. «Мы прошли долгий путь от 2007 года, когда мы получили первый намек на то, как более прохладные зимы порождали различные сезонные модели в популяциях жуков».
Для проведения исследования команда использовала комбинацию подходов, включая лабораторные эксперименты на месте, теоретическую модель скорости развития и полевой отлов диких жуков в недавно заселенных сосновых лесах Нью-Джерси, а также в местах обитания жуков. историческая среда обитания в юго-восточных штатах.
Исследование показывает, что более низкие осенние и зимние температуры в их расширяющемся северном ареале значительно увеличивают популяцию жуков на конечной стадии развития личинок, а также вызывают их массовое появление, когда погода становится теплее. Это концентрированное объединение развивающихся особей - явление, известное как фенологическая синхрония, - приводит к одновременному появлению более крупных популяций половозрелых жуков.
Наоборот, исследователи обнаружили, что при более высоких температурах конвергенция жизненных стадий отсутствовала; жуки продолжали неустанно развиваться и не демонстрируют аналогичного объединения популяции на одной стадии развития.
Хотя не все виды получают выгоду от большого количества особей на одной и той же территории, южный сосновый лубоед полагается на высокую плотность популяции, чтобы более эффективно «обескровить» сосны. Скоординированные массовые атаки жуков на сосны открывают дополнительные ресурсы, которые затем могут поддерживать большее количество жуков. Эта положительная обратная связь может подтолкнуть население к вспышке.
«Сила чисел от синхронно появляющихся жуков может означать катастрофу для сосен», - сказал Ломбардо, который поступает на факультет колледжа Святой Марии в Мэриленде.
Исследование, опубликованное в журнале Oecologia, показывает, что температура около 50 градусов по Фаренгейту позволяет личинкам питаться и расти, но не позволяет им продвигаться дальше стадии куколки. Таким образом, все личинки становятся готовыми к окукливанию, но окукливания и появления имаго, охотящихся на деревья, не происходит до тех пор, пока температура не прогреется примерно до 60 градусов или выше.
Согласно исследованию, физиологический механизм имеет отношение к любым насекомым, которые имеют различные температурные реакции на разных стадиях жизни, не имеют диапаузы и переживают холодные зимы. Авторы отмечают, что их работа была вдохновлена исследованиями жуков горной сосны, родственного вида, который встречается в западных регионах Северной Америки.
Исследование является предупреждением о том, что изменение климата может создать новые риски для лесов, а также примером того, как наука может помочь. Знания, полученные в результате этого исследования, встраиваются в систему прогнозирования появления жука-жука-сосны, которая является инструментом, позволяющим лесоустроительным предприятиям прогнозировать сезоны высокого риска и наращивать усилия по обнаружению и подавлению.
«Леса во всем мире сталкиваются с проблемами из-за изменений в распределении и численности потенциальных вредителей, и это делает хорошую науку важнее, чем когда-либо», - сказал Эйрес.