Животные находят удивительные способы адаптироваться к повышению температуры

Вот как животные будут сохранять прохладу (или нет) на более жаркой планете.

На данный момент наука недвусмысленно говорит о том, что рано или поздно нам придётся попрощаться со многими видами животных и растений по всему миру. Согласно докладу ООН 2019 года, одному миллиону видов грозит исчезновение. В этом году (в 2020 году - прим. переводчика) в исследовании, опубликованном в журнале Nature, учёные обнаружили, что экосистемы тропических океанов могут начать разрушаться к 2030 году, а лесные и горные экосистемы — к 2050 году. Другие отчёты показали, что если мы продолжим нагревать планету с нынешней скоростью, к 2100 году до половины всех животных потеряют более 50 процентов своей среды обитания. Как заявил в 2019 году сэр Роберт Уотсон, председатель IPBES, мы находимся перед лицом «зловещей картины».

И всё же некоторые виды выживут. Птицы, мигрирующие раньше, морские черепахи, меняющие маршруты, и карибу, приносящие потомство раньше весной, — животные уже меняют своё поведение, чтобы адаптироваться. Но как они выживут при постоянно растущих глобальных температурах, которые, если мы ничего не предпримем, будут каждый год ставить новые рекорды?

Ответ — это эволюционная головоломка, которую ещё только предстоит собрать, говорит Марта Муньос, эволюционный генетик из Йельского университета. Наше понимание того, как животные используют разные стратегии для поддержания температуры тела на определённом уровне (так называемая «терморегуляция»), появилось на удивление недавно. «Можно подумать, что эта идея возникла ещё в 1700-х годах, правда? Но нет, совсем нет, — говорит Муньос. — Она была формализована в 1944 году. И чтобы вы понимали контекст: структуру ДНК мы открыли менее чем через десятилетие после того, как поняли, что терморегуляция вообще существует».

Существует два способа терморегуляции, которые выработали животные в ходе эволюции. Либо они тратят энергию на поддержание стабильной температуры — путь, который избрали теплокровные животные, либо они могут стратегически замедлять или ускорять свой метаболизм в зависимости от внешней температуры — тактика, которую используют амфибии, рептилии, насекомые и большинство водных обитателей. (Вот почему, когда в Майами аномально холодает, можно увидеть игуан, падающих с деревьев — их метаболизм замедляется до такой степени, что мышцы перестают работать).

Но какой бы путь ни выбрало животное, жара создаёт бóльшую нагрузку, говорит Муньос. В своих исследованиях она показала, что способность ящериц сопротивляться холоду эволюционирует в десять раз быстрее, чем их способность переносить жару. Это можно объяснить тем, что когда становится слишком холодно, животные либо адаптируются к условиям, либо погибают, пытаясь выжить. «От холода не сбежать. Ты не можешь спрятаться или убежать от него», — говорит она. В отличие от этого, ящерица всегда может найти затенённый участок леса, где температура значительно ниже, чем на открытом солнце. За тысячелетия тот факт, что животные могут адаптироваться к жаре, просто перемещаясь, замедлил эволюцию физических черт, необходимых для борьбы с экстремальной жарой.

Аналогичное поведение обнаружено и у бабочек. Эти насекомые могут адаптироваться к жаре, находя более прохладные участки в лесу или используя такие уловки, как изменение угла наклона крыльев, чтобы солнечные лучи отражались, говорит Эндрю Блейден, исследователь Кембриджского университета, изучающий влияние повышения температур на популяции бабочек в Великобритании. Недавно его команда поймала и измерила температуру тела более 4000 бабочек 16 видов. Они тщательно фиксировали, регулируют ли бабочки свою температуру, занимая более прохладный микроклимат или по-разному двигая крыльями. Результаты были опубликованы в сентябре этого года в Journal of Animal Ecology.

«Мы обнаружили, что виды, которые больше полагались на использование микроклимата, как правило, сильнее всего сократились за последние 40 лет», — говорит он. Виды, чьи популяции за тот же период выросли, — это те, которые ведут себя специфическим образом для адаптации к повышенным температурам. Это означает, что в долгосрочной перспективе простое изменение поведения некоторых особей может изменить судьбу целого вида.

Но изменение климата — это не только постепенное повышение температуры. Оно также несёт с собой внезапные экстремальные перепады температур, которые повергают организмы в шок. Выживание в этих аномальных условиях, которые могут стать частыми по мере усиления климатического кризиса, в конечном итоге изменит экосистемы, говорит морской биолог Диана Мадейра. В своей лаборатории в Университете Авейру в Португалии она пытается понять, насколько разные виды рыб приспособлены к выживанию в таких шоковых условиях.

Она обнаружила, что один из важнейших видов для европейского рыболовства — морской карась (дорада) — может выживать до 28 дней в воде температурой до 30 градусов Цельсия. Это прогнозируемая температура, которая будет в европейских морях во время волны жары в 2100 году, если климатический кризис не остановить или не сдержать. После этого срока ткани рыбы начинают необратимо повреждаться, что ведёт к гибели.

А что, если волна жары обрушится, пока караси ещё маленькие личинки или молодые неопытные рыбы? Недавно она выяснила, что личинки морского карася крайне уязвимы к экстремальной жаре — они не могут активно передвигаться, чтобы уйти из тёплой воды, а вот молодые рыбы очень хорошо выживают в таких условиях. Взрослые рыбы, вероятно, чувствуют себя хуже, потому что тратят много энергии на размножение, объясняет Мадейра. Эти результаты будут различаться у разных видов — другие могут выбирать выживание в краткосрочной перспективе, но страдать на уровне поколений. «Они идут на компромисс. Мол, "хорошо, я могу выжить, но тогда я не буду так много размножаться или так быстро расти"».

Для млекопитающих и птиц сохранение прохлады заключается не в том, чтобы предотвратить отказ организма, а в том, чтобы тратить энергию на регуляцию внутренней температуры, объясняет Тревор Фристоу, исследователь из Констанцского университета в Германии. В отличие от ящериц или рыб, теплокровные животные не так быстро выходят из строя при экстремальной жаре. Чтобы оставаться прохладными, они выработали разные стратегии: одышка, дефекация (да-да, дефекация) или даже регулирование воздуха вокруг себя с помощью больших ушей. Некоторые из нас — приматы и лошади — эволюционировали, чтобы испарять воду через кожу (потеть) для охлаждения. Чтобы вывести эту влагу, наш организм тратит энергию, которая, в свою очередь, ещё больше нагревает внутренности. Это цикл, который, если длится слишком долго, заканчивается тепловым ударом. Исследования показали, что максимальная температура тела, которую может достичь и выжить теплокровное животное, составляет от 40 до 48 градусов Цельсия.

Чтобы понять, как животные адаптировались к экстремальной жаре, в 2015 году Фристоу возглавил исследование, в котором изучалась эволюция 211 видов птиц и 178 видов млекопитающих. С эволюционной точки зрения, объясняет Фристоу, выживание в жару для теплокровного животного — это достижение тонкого баланса между размером тела, формой тела (компактные животные лучше выживают в экстремальный холод), скоростью метаболизма и тем, насколько тело защищено от внешних воздействий (перья, мех и подобные изолирующие механизмы в некоторой степени защищают животных от перепадов погоды). Он обнаружил, что размер не играет особой роли в адаптации к температуре, поскольку огромные и крошечные животные встречаются по всему миру. У птиц огромную роль играла скорость метаболизма, а у млекопитающих — изолирующие механизмы, такие как волосяной покров или жировые запасы.

Но его модель игнорирует то, что пытались выяснить исследования ящериц Марты Муньос, — поведение. Недавно исследователи обнаружили, что зебровые амадины, заботясь о яйцах, издают быстрые, высокочастотные «жаровые крики» при температуре около 44 градусов Цельсия. Эти крики, по-видимому, эффективнее, чем молчаливое частое дыхание, которое они используют, когда им жарко (вы могли видеть нечто подобное у собак). Эти «жаровые крики» замедляют рост непроклюнувшегося нового поколения, которое к тому же становится более толерантным к высоким температурам по сравнению с родителями. Другие, более очевидные исследования показали, что поведение, похоже, является самым важным инструментом для борьбы с экстремальной жарой у теплокровных существ.

Температура — лишь одно из многих изменений, с которыми столкнутся животные из-за деятельности человека. Закисление океанов, усиление вырубки лесов и урбанизации, загрязнение и изменение погодных паттернов создадут дополнительные проблемы для видов. Исследователи полагают, что животные также будут использовать поведенческие уловки для адаптации к этим дополнительным вызовам. Но, как указывает Мадейра, «иногда наши выводы, сделанные для одного фактора, не работают, когда одновременно действуют два, три, четыре или десять факторов».

María Paula Rubiano A. “Animals are finding surprising ways to adapt to rising temperatures”

Перевод статьи «Animals are finding surprising ways to adapt to rising temperatures» автора María Paula Rubiano A, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык

Фото: исследователи из Университета Аризоны пришли к выводу, что треть всех видов животных на Земле может вымереть в течение 50 лет из-за повышения температуры, вызванного изменением климата. Автор фото: Алекс Страчан/ Pixabay