Изменение климата загнало древесных американских ласточек в экологическую ловушку
Орнитологи обнаружили, что древесные ласточки в ответ на более раннее наступление весны сдвинули сроки размножения и теперь чаще сталкиваются с холодными днями, когда летающие насекомые неактивны и невозможно найти достаточно корма для птенцов. В результате успех их размножения снижается. Как отмечают авторы в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Science, это может быть одной из причин сокращения численности вида — а также других видов птиц, которые питаются летающими насекомыми.
В последние десятилетия многие виды мигрирующих птиц стали раньше возвращаться с зимовок и приступать к размножению. Орнитологи предполагают, что это связано с глобальными изменениями климата: поскольку весна теперь наступает с опережением графика, птицам тоже приходится сдвигать сроки гнездования. Помимо прочего, это позволяет сохранить синхронизацию между появлением птенцов и пиком доступности насекомых.
Далеко не все птицы успевают адаптироваться к изменениям климата достаточно быстро. Однако даже те из них, что стали размножаться намного раньше, не могут чувствовать себя в безопасности. Дело в том, что по мере роста глобальных температур погода становится менее предсказуемой. В результате, как предполагается, растет риск весенних метелей, проливных дождей и других стихийных бедствий, которые могут погубить потомство.
Команда орнитологов во главе с Райаном Шипли (J. Ryan Shipley) из Института поведения животных Общества Макса Планка решила изучить этот вопрос на примере древесных американских ласточек (Tachycineta bicolor). Эти птицы широко распространены в США и Канаде, но в последние годы их численность по не вполне понятным причинам сокращается.
Исследователи проанализировали информацию о сроках размножения ласточек, собранную на двух участках в окрестностях Нью-Йорка с 1972 по 2015 годы. В общей сложности авторы включили в анализ данные об 11236 птенцах из 2041 гнезда. Кроме того, они учли погодные условия и количество насекомых в разные годы.
Из предыдущих работ известно, что с 1950 по 1990 год древесные американские ласточки стали размножаться в среднем на девять дней раньше. В Нью-Йорке сдвиг оказался еще более значительным: тринадцать дней за сорок три года. Как показал анализ, это реакция на рост майских и июньских температур, который с 1989 по 2015 годы составил 1,9 градуса Цельсия (для сравнения, среднегодовая температура за этот же срок выросла на 0,51 градуса Цельсия).
Изменение сроков размножения кажется выгодным для ласточек. Однако, авторы обнаружили, что, несмотря на потепление климата, количество холодных весенних дней с температурой ниже 18,5 градуса за последние десятилетия не уменьшилось. В такую погоду летающие насекомые, которыми питаются ласточки, неактивны, так что птенцы остаются без еды и могут погибнуть.
Сдвигая размножение на более ранние сроки, ласточки все чаще сталкиваются с холодными днями, что снижает успех их размножения. По расчетам авторов, для птенцов, появившихся на свет после 2011 года, вероятность столкнуться с неблагоприятными погодными условиями составляет 19,6 процента. Это почти вдвое выше, чем для юных ласточек, которые вылупились в 1980 годах (11,5 процента). В некоторые годы похолодания приводили к гибели всего потомства более чем в 70 процентах гнезд.
В гнездах ласточек, где птенцы вылуплялись уже после последнего похолодания, в среднем было на одного оперившегося птенца больше. Однако, как отмечают авторы, у птиц нет возможности за несколько недель предсказать, когда окончательно установится теплая погода. Другие же фенологические признаки заставляют их размножаться все раньше.
Неудачи отдельных особей отразились на демографии всей местной популяции древесных ласточек. Как обнаружили орнитологи, за последние десятилетия здесь уменьшилось среднее количество оперившихся птенцов на гнездо (p<0,01). Возможно, с аналогичными трудностями сталкиваются ласточки по всей Америке, с чем и связано сокращение численности вида.
Все более редкими становятся не только североамериканские ласточки, но и другие местные птицы, которые кормятся летающими насекомыми, например, стрижи, козодои и тиранновые мухоловки. Обычно это объясняют сокращением численности их пищи. Однако за годы наблюдений авторы работы не отметили достоверных изменений в биомассе летающих насекомых в окрестностях Нью-Йорка. Они предполагают, что механизм, который они обнаружили для ласточек, может влиять и на численность других насекомоядных птиц.
Орнитологи из Финляндии обнаружили, что изменения климата не только сдвинули, но и сократили период размножения местных птиц. В среднем он уменьшился на 1,7 дня. Самые сильные изменения сроков гнездования оказались характерны для оседлых видов и ближних мигрантов.
Сергей Коленов
И отползли от источника звука
Группа исследователей из Китая, США и Южной Кореи выяснила, что нематоды Caenorhabditis Elegans, которые чувствуют звук всем телом, реагируют не на абсолютное звуковое давление, а на его градиент. Из-за этого они способны различать и избегать звуки, которые издают небольшие беспозвоночные хищники, но не реагируют на более громкий шум. Кроме того, такой механизм восприятия градиента звукового давления, по-видимому, общий для многих животных, включая других беспозвоночных и млекопитающих. Работа опубликована в Current Biology. У нематод Caenorhabditis Elegans, как и у многих беспозвоночных, нет органов слуха, но они могут чувствовать звук и уползать от него, то есть проявлять отрицательной фонотаксис. В 2019 году Адам Илифф (Adam Illiff) из Мичиганского университета с коллегами показали, что звуковые вибрации черви ощущают всем телом, а их наружные покровы — кутикула — работают примерно как барабанная перепонка позвоночных. Тогда ученые определили механосенсорные нейроны червей, которые, вероятно, преобразуют звуковые волны в нервный импульс. И выяснили, что воспринимают черви именно колебания воздуха: мутанты, которые не чувствовали вибрацию субстрата, все равно проявляли фонотаксис. Теперь Цань Ван (Can Wang) из Хуачжунского университета науки и технологий (он принимал участие и в прошлом исследовании) и его коллеги из Китая, США и Южной Кореи выяснили, как именно нематоды чувствуют звук. Они размещали рядом с головой нематод динамики разных размеров и включали звуки разной громкости и частоты. Когда ученые помещали маленький динамик диаметром 0,5 миллиметра на расстоянии одного миллиметра от головы нематоды (что примерно равняется длине тела червя), и включали на нем звук частотой 1 килогерц и громкостью 80 децибел, черви разворачивались и ползли в противоположную от звука сторону. Но когда этот динамик заменили на больший, диаметром 3 миллиметра, нематоды не реагировали, хотя звук был таким же. Даже когда громкость увеличивали до 110 децибел или меняли частоту на большую или меньшую, нематоды не меняли траекторию своего движения. Исследователи обнаружили, что кутикула червей вибрирует сильнее всего от звука из маленького динамика. С помощью кальциевой визуализации авторы оценили активность механосенсорных нейронов, которые и реагируют на звуковые колебания. Их активность уменьшалась с увеличением размера динамика, даже если громкость звука была одинаковой. На звук из трехмиллиметрового динамика нейроны червей не реагировали. Также ученые выяснили, что звук из маленького динамика создает наибольший градиент звукового давления в теле нематод — это измерили с помощью миниатюрного микрофона. Давление звука, проходящего через среду, снижается с течением времени, — и в голове червя, которая ближе всего к динамику, оно выше, чем на конце его тела. Если источник звука небольшой, звуковое давление уменьшается быстрее, и таким образом градиент звукового давления по телу червя получается больше. Чтобы изменить звуковой градиент, авторы размещали динамики на разном расстоянии от головы червя — чем ближе был динамик, тем резче градиент. Абсолютное звуковое давление в области головы нематод тем временем не менялось. Черви демонстрировали наиболее устойчивые слуховые реакции только в ответ на резкий градиент. Градиент звукового давления коррелировал и с движением червей, и с вибрацией кутикулы, и с активностью механосенсорных нейронов. Нематоды живут в гниющих листьях на земле, где им могут повстречаться разные беспозвоночные хищники. По всей видимости, именно их звуки — стрекотание, шуршание или шелест крыльев — и могут слышать черви, а вот более громкие звуки от источников большего размера для них не так важны. Градиент звукового давления возникает и в тимпанальных органах кузнечиков, и в заполненной жидкостью улитке млекопитающих. В случае последних этот градиент, по всей видимости, необходим, чтобы активировались механочувствительные волосковые клетки улитки. То есть активация чувствительных к звуку нейронов происходит у разных животных по одному принципу. Ранее ученые обнаружили, что эпигенетическая память позволила нематодам C. elegans избегать патогенных бактерий даже спустя четыре поколения. То есть одни черви встретились с бактерией, выяснили, что она опасна, и стали ее избегать, а их детям и внукам уже не потребовалось проверять бактерий на себе — они избегали их сразу благодаря унаследованным модификациям гистонов.