Морские организмы сместили ареалы к полюсам в шесть раз быстрее наземных
В ответ на глобальное потепление морские организмы мигрируют к полюсам в шесть раз быстрее, чем наземные. К такому выводу пришли исследователи в результате анализа данных о двенадцати тысячах видов бактерий, грибов, растений и животных. Их статья опубликована в журнале Nature Ecology and Evolution. Авторы полагают, что морские организмы более чутко реагируют на изменения климата, поскольку в океане меньше барьеров для расселения. Кроме того, их миграцию может подталкивать коммерческое рыболовство.
Антропогенные климатические изменения оказывают серьезное влияние на биоразнообразие. По мере того, как планета нагревается, привычная среда обитания становится для многих видов непригодной. Чтобы выжить, им приходится мигрировать в регионы с более прохладным климатом, например, подниматься выше в горы или смещать ареалы к полюсам. К сожалению, зачастую этот процесс идет недостаточно быстро.
Команда исследователей во главе с Джонатаном Ленуаром (Jonathan Lenoir) из Университета Пикардии имени Жюля Верна провела масштабный анализ литературы, посвященной сдвигам ареалов живых организмов ответ на глобальное потепление. В общей сложности они изучили 258 рецензированных статей, в которых описывались 30 534 случая климатических миграций у двенадцати тысяч видов бактерий, грибов, растений и животных. Эта информация легла в основу единой базы данных BioShifts.
Ученым удалось выявить несколько закономерностей. Оказалось, что морские организмы сдвигают ареалы к полюсам в среднем на шесть километров в год. Обитатели суши мигрируют почти в шесть раз медленнее. По мнению авторов, это связано с тем, что в океанах намного меньше барьеров для расселения — в частности, среда обитания не так сильно фрагментирована людьми, как на суше.
Кроме того, виды из тропических вод уже сегодня живут на пределе температурной устойчивости, так что миграция остается для них единственным шансом выжить. В умеренном климате важную роль играет не связанный с изменениями климата фактор — коммерческий вылов морских организмов. Под его давлением промысловые виды быстрее осваивают высокие широты.
Более высокая скорость миграции морских организмов означает, что подводные экосистемы изменятся под воздействием климатических изменений быстрее, чем наземные. Это касается и сообществ, поддерживающих важные для человека виды рыб и морских беспозвоночных.
При этом авторы подчеркивают, что в целом наблюдается явная нехватка данных о миграциях живых организмов в результате глобального потепления. Так, созданная ими база BioShifts включает информацию всего лишь о шести десятых процента от известного биоразнообразия, причем основное внимание в ней уделено харизматичным видам животных и растений. Кроме того, она страдает от географического перекоса: большая часть использованных публикаций посвящена умеренным широтам Северного полушария, в то время как наблюдения из тропиков и Южного полушария редки и не систематизированы.
Несмотря на способность некоторых видов мигрировать в ответ на меняющийся климат, этого недостаточно, чтобы избежать масштабных потерь биоразнообразия. В первую очередь от этого процесса пострадают тропики. Исследования показывают, что рост температур всего на два градуса выведет за пределы температурной толерантности 71 процент видов, населяющих тропические леса. А тропические поверхностные воды Мирового океана к концу века могут лишиться 15 процентов биоразнообразия.
Сергей Коленов
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.