В засушливой пустыне Мохаве мелкие роющие млекопитающие, такие как кактусовая мышь, кенгуровая крыса и белохвостая белка-антилопа, гораздо лучше переносят более жаркие и засушливые условия, вызванные изменением климата, чем их крылатые собратья. исследование, опубликованное сегодня в журнале Science.
За прошедшее столетие из-за изменения климата знойные летние температуры в Мохаве постоянно повышались, и палящая жара нанесла ущерб птицам пустыни. Исследователи зафиксировали коллапс популяций птиц в регионе, вероятно, в результате неспособности многих видов птиц выдерживать эти новые более высокие температуры
Тем не менее, та же команда, которая зафиксировала упадок птиц, теперь обнаружила, что популяции мелких млекопитающих в пустыне оставались относительно стабильными с начала 20-го века.
Используя компьютерные модели для моделирования того, как птицы и млекопитающие реагируют на жару, исследовательская группа показала, что устойчивость мелких млекопитающих, вероятно, связана с их способностью укрываться от солнца в подземных норах и их склонностью быть более активными ночью. В результате такого поведения мелкие млекопитающие имеют гораздо меньшие «затраты на охлаждение», чем птицы, у которых меньше возможностей избежать жары пустыни и им требуется дополнительная вода для поддержания здоровой температуры тела.
Ученые склонны считать, что большинство видов в регионе испытывают одинаковое воздействие изменений температуры или осадков и что все они реагируют одинаково. воздействие жарких и сухих условий, которые могут их убить», - сказал старший автор исследования Стивен Бейссинджер из Калифорнийского университета в Беркли, профессор экологических наук, политики и управления и научный сотрудник Музея зоологии позвоночных кампуса.«Вы должны увидеть эти различия наиболее сильно в суровых условиях, таких как пустыня, где жизнь действительно находится на грани».
Находки являются частью проекта Grinnell Resurvey Калифорнийского университета в Беркли, попытки повторно посетить и задокументировать дикую природу на участках в Калифорнии, впервые изученных биологом Калифорнийского университета в Беркли Джозефом Гриннеллом и его коллегами в Музее зоологии позвоночных между 1904 и 1940 годами. подробные полевые заметки о жизни животных и растений начала 20-го века дали современным биологам возможность заглянуть в экологию прошлого, позволив им задокументировать, как изменение климата повлияло на дикую природу по всему штату.
Становится ясно, что животные по всей планете реагируют на изменение климата, меняя место жительства и время размножения, и мы начинаем получать действительно убедительные доказательства сокращения популяции в определенных районах, что может быть связано с с потеплением», - сказал ведущий автор Эрик Ридделл, доцент кафедры экологии, эволюции и биологии организмов в Университете штата Айова.«По некоторым оценкам, в следующем столетии каждому шестому виду будет угрожать изменение климата. Выяснение того, что это за виды и какими чертами они обладают, будет иметь решающее значение».
В последние годы проект Grinnell Resurvey сосредоточил свое внимание на экологических изменениях в пустыне Мохаве, районе в Южной Калифорнии и Неваде, где находятся национальные парки Долина Смерти и Джошуа-Три, а также Национальный заповедник Мохаве. В целом за последнее столетие в пустыне наблюдалось повышение средней температуры примерно на 2 C (3,6 F) и уменьшение количества осадков на 10-20 %..
«Считается, что пустынные виды относительно неуязвимы к потеплению климата, но многие пустынные виды уже достигли своих пределов устойчивости к температуре и засушливости или близки к ним. Каждый вид также имеет разную степень устойчивости», - сказал соавтор исследования. Лори Харгроув, эколог из Музея естественной истории Сан-Диего. «Изменение климата может показаться незначительным, всего на несколько градусов, но оно уже оказало и оказывает прямое и значительное воздействие на многие виды, каждый из которых, в свою очередь, влияет на другие виды, причем каскадные эффекты еще предстоит реализовать."
Прошлое и настоящее Мохаве
Хотя GPS не существовало, когда Гриннелл и его коллеги проводили свои исследования, они оставили после себя подробные полевые заметки о ландшафтных особенностях, таких как холмы, горы и ручьи, которые позволили современным ученым точно определить их местоположение. менее километра, даже в безлюдных регионах, таких как пустыня Мохаве.
«Иногда они были очень милы и оставляли топографические карты, но иногда вам придется проделать небольшую детективную работу», - сказал Бейссинджер, руководитель проекта Grinnell Resurvey Project. «Например, они скажут: «Мы пробовали на Хорс-Маунтин». Ну, в Калифорнии есть три Горы Лошадей Итак, мы отслеживаем Гору Лошади в изучаемом районе И затем вы узнаете, что они разбили лагерь в устье ручья Итак, затем вы смотрите на старые топографические карты и Вы видите ручей. Используя эти детали, мы можем воссоздать более или менее то, где они были."
После того, как исследователи определили место, следующим шагом будет определение того, какие животные там обитают. Чтобы изучить популяцию птиц, исследователи выбирают конкретную тропу или маршрут, чтобы пройти 1,5 мили и остановиться через определенные промежутки времени, чтобы записать всех птиц, которых они видят или, что более вероятно, слышат.
«Вы должны знать песни своих птиц», - сказал Бейссинджер.
С исследованиями мелких млекопитающих немного сложнее. Поскольку мелкие млекопитающие часто более активны ночью, а днем обычно прячутся в норах, исследователи полагаются на живые ловушки, чтобы получить представление о том, какие животные находятся вокруг.
Соавтор Джеймс Паттон, почетный профессор интегративной биологии и куратор Музея зоологии позвоночных Калифорнийского университета в Беркли, вместе со своей женой Кэрол руководил отловом животных в национальном парке Долины Смерти в Мохаве. Паттон сказал, что для пробы в данном месте они будут устанавливать серию из примерно 200 ловушек каждую ночь в течение четырех или пяти ночей и записывать то, что они поймали.
Чтобы быть полевым исследователем, вы должны иметь достаточный опыт работы с местной фауной, чтобы знать, что вы собираете образцы разнообразия реально занятых местообитаний. Это означает различия в растительном сообществе и субстрате, например, Поверхность земли песчаная, каменистая или твердая», - сказал Паттон, участвовавший в проекте Grinnell Resurvey Project с момента его создания в 2003 году.
Исследователи из группы Бейссинджера адаптировали статистические модели, учитывающие различия в методах исследования и обнаружения между временем Гриннелла и сегодняшним днем, что позволило им напрямую сравнивать разнообразие и распространенность видов между началом 20-го века и настоящим. Результаты нового исследования основаны на многодневных исследованиях 34 видов мелких млекопитающих на 90 участках и 135 видов птиц на 61 участке, расположенных в основном на охраняемых землях пустыни Мохаве и в национальных парках.
В 2018 году команда сообщила о своих выводах о том, что популяции птиц резко сократились: 61 участок потерял в среднем 43% видов, которые были там сто лет назад. Однако, согласно новым данным отлова, популяции мелких млекопитающих с тех пор существенно не изменились.
«Млекопитающие продемонстрировали эту замечательную стабильность», - сказал Бейссинджер. «Действительно очень интересно, что в одном и том же регионе с одинаковым уровнем изменения климата эти два очень похожих таксона по-разному реагировали на происходящие изменения».
Создание «виртуального» животного
Животные пустыни изобрели множество различных уловок, чтобы сохранять прохладу в сухую жару. В отличие от человека, птицы и мелкие млекопитающие не потеют. Однако некоторые полагаются на другие методы испарительного охлаждения, такие как одышка или «трепетание горла», вибрация мышц горла птицы, которая увеличивает поток воздуха. Другие будут избегать жары, оставаясь в тени или строя берлоги или норы, чтобы спрятаться от солнца. Некоторые вообще избегают дневной жары, ведя ночной образ жизни.
Как научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли, Ридделл построил компьютерные модели 49 пустынных птиц, чтобы рассчитать температуру тела каждого вида и потребности в охлаждении в различных условиях пустыни. Птицы, которые, как предсказала модель, будут иметь наибольшее увеличение затрат на охлаждение, были также теми, которые показали самые большие потери в полевых исследованиях - особенно крупные птицы и те, которые питаются насекомыми или животными..
Для нового исследования Ридделл построил дополнительные физиологические модели, на этот раз для мелких млекопитающих пустыни.
«Моделирование оценивает нагрузку на голову, которую испытывают животные, а затем рассчитывает, сколько тепла им нужно получить или потерять, чтобы поддерживать стабильную температуру тела», - сказал Ридделл. «Это очень похоже на то, как ваш дом контролирует температуру. Вы, вероятно, хотите поддерживать постоянную температуру в вашем доме в течение всего сезона, а поддержание вашего дома в тепле или прохладе зависит от того, из чего сделан ваш дом: каковы его свойства? стены? Сколько солнца попадает на него? Это те характеристики, которые я измерил у птиц и млекопитающих».
Например, сказал он, черная ворона поглощает больше солнечного света, чем более светлая птица. Однако форма животного, толщина оперения или меха и длина отдельных волокон определяют, сколько солнечного света может пройти через перья и попасть на кожу животного.
Что касается мелких млекопитающих, Ридделла также интересовало, как быстро тепло может передаваться через их мех. Чтобы рассчитать это, он использовал экземпляры, хранящиеся в настоящее время в Музее зоологии позвоночных. Поместив образцы меха на нагретое устройство и поместив термопары на кончики волосков, он смог получить оценку теплопроводности каждого животного.
«Теплопроводность - это, по сути, то, насколько быстро что-то передает тепло окружающей среде», - сказал Ридделл. «Большое пушистое млекопитающее может отдавать тепло очень медленно, тогда как животное с очень редким или коротким мехом, такое как суслик, может отдавать тепло быстро».
Модели также включали различные источники тепла, которым может подвергаться животное, такие как прямое солнечное излучение, солнечное излучение, отраженное от земли, и инфракрасное излучение от земли, известное как длинноволновое излучение.
Согласно моделям, затраты на охлаждение были в среднем примерно в 3,3 раза выше для птиц, чем для мелких млекопитающих. Более высокие температуры, связанные с изменением климата, увеличили затраты на охлаждение на 58% для птиц и только на 17% для млекопитающих. Во многом это было связано с тем, что мелкие млекопитающие могут уходить в подземные норы в самое жаркое время дня.
Большая разница в затратах на охлаждение связана с тем, что мы называем различиями в микросреде обитания. Мелкие млекопитающие могут уходить под землю, где намного прохладнее, и они не подвергаются воздействию прямых солнечных лучей, которые нагревают вверх по телам птиц», - сказал Бейссинджер. «Эти микрогеографические различия в их воздействии имеют большое значение, и эти различия необходимо учитывать, когда мы думаем о том, как изменение климата повлияет на отдельные виды».
Чтобы предотвратить дальнейшие потери, Бейссинджер говорит, что будет важно определить местные убежища в пустыне, где виды смогут поддерживать себя при резком повышении температуры. Сокращение потребности в водоносных горизонтах в регионе может также предотвратить высыхание пустынных источников, возвращая больше воды в выжженный ландшафт.
«Это исследование заставило меня осознать, насколько сложным на самом деле является предсказание последствий изменения климата», - сказал Ридделл. «Речь идет не только о том, где ландшафт нагревается, а где нет. Это действительно сложный процесс, который включает многие аспекты биологии организма, включая их физиологию, их поведение, их эволюцию - все это взаимосвязано. использовать действительно комплексный подход, чтобы понять это».