Дорогая, мы уменьшили их всех! Как животные подстраиваются под новый климат

В одно осеннее утро 1978 года орнитолог Музея естествознания им. Филда в Чикаго Дэвид Уиллард отправился к соседнему конференц-центру McCormick Place — это громадное здание на берегу озера Мичиган — в поисках мертвых птиц. Ему рассказали, что птицы, летевшие на юг, врезались в окна здания.

В то утро он нашел несколько безжизненных пташек на бетоне. И, как поступил бы любой хороший ученый, он принес их в музей, чтобы измерить и сохранить в коллекции. Его любопытство разгорелось, и на следующее утро он вернулся к McCormick Place, нашел еще птиц и снова принес их в музей.

За четыре последующих десятилетия Уиллард при поддержке других ученых и волонтеров собрал более 100 тысяч птиц, разбившихся об окна в Чикаго. Сейчас они составляют ошеломляющие 20% орнитологической коллекции музея.

С одной стороны, эти птицы олицетворяют собой трагическую гибель, но с другой — они дают нам захватывающие сведения о том, как меняется дикая природа. Один особенно поразительный вывод заключается в том, что эти птицы уменьшаются — и, согласно анализу измерений Уилларда 2019 года, причиной тому, вероятно, служит глобальное повышение температуры.

Речь идет не только о птицах. Все больше исследований показывают, что глобальное потепление влияет на размеры тела всех видов существ, от хладнокровных лягушек до теплокровных млекопитающих, и часто делает животных меньше.

Дикие животные уже сталкиваются с широким спектром угроз. Если они уменьшатся в размерах — а этот процесс у разных видов животных идет с разной скоростью, как предполагают исследователи, — это может привести к исчезновению некоторых видов. И изменить экосистемы, которые нужны людям.

Связь между размером тела и температурой

Мы уже знаем, что климатические сдвиги повлияют на дикую природу во многих отношениях — от изменения ареала обитания одних видов до смены окраски у других. Но наблюдать за переменами в таком фундаментальном показателе, как размер тела, удивительно.

В экологии действует правило Бергмана, которое предполагает, что особи из популяции теплокровных животных, таких как птицы или млекопитающие, крупнее в более прохладном климате и меньше — в более теплом. Интуитивно понятно, что это имеет смысл: более крупным животным легче сохранять тепло, когда холодно, а более мелким легче остывать, когда жарко. Это связано с соотношением размера тела животного к площади поверхности (по той же причине большой кубик льда тает относительно медленнее, чем маленький).

Идея о том, что потепление и уменьшение размеров тела взаимосвязаны, также подтверждается свидетельствами окаменелостей. Во время крупнейшего потепления в раннем Эоцене, около 56 млн лет назад, когда температура повысилась на 5-8°C за 10 тысяч лет, многие животные стали меньше, включая млекопитающих (о чем ученые узнали, измерив окаменелые зубы). Другой эпизод потепления в прошлом, названный Эоценовым термическим максимумом-2, в результате которого температура повысилась на 3°C, также был связан с уменьшением размеров животных.

Ученые обращаются к этим периодам потепления, чтобы понять, что может произойти в будущем. Если текущее потепление продолжится, можно ожидать, что к 2040 году планета станет на 1,5°C теплее по сравнению с доиндустриальными уровнями. И температура будет расти и дальше. «Уменьшение размеров тела в окаменелостях, — писали два эколога в обзоре Nature Climate Change за 2011 год, — особенно информативно показывает, чего мы можем ожидать в грядущем столетии».

С другой стороны, природа сложна и может удивлять даже самые блестящие умы.

Многие животные становятся меньше, но эта тенденция не универсальна

В 2019 году, когда ученые исследовали более 70 тысяч экземпляров птиц из коллекции Музея естествознания, они обнаружили, что особи 52 видов птиц стали меньше в среднем на 2,6% в период с 1978 по 2016 год. Плюсна — отдел стопы у птиц — в среднем тоже уменьшилась.

«Еще два года назад мы представить не могли, что 52 наиболее распространенных, хорошо известных вида североамериканских птиц уменьшились за последние 40 лет, — сказал ведущий автор исследования и профессор кафедры экологии и эволюции Мичиганского университета Брайан Уикс. — Это имеет большое значение для того, что произойдет в будущем».

Другие исследования птиц, оленей, грызунов, насекомых и рыб говорят об аналогичных закономерностях. Например, исследование 2017 года показало, что размер тела маленькой серебряной рыбки менхэден, которая широко используется в качестве корма для животных и наживки, за последние 65 лет уменьшился в среднем на 15% — скорее всего, из-за потепления. «По мере нагревания атмосферы и океанов менхэден, вероятно, будет становиться еще меньше», — говорит автор исследования и профессор Университета Луизианы Юджин Тернер.

Интересно, что рыба и другие так называемые эктотермы не выделяют собственного тепла, поэтому меньший размер тела не помогает им оставаться холоднее. Так что причины их уменьшения в ответ на потепление могут быть другими, считает помощник куратора по амфибиям и рептилиям в Музее естественной истории Карнеги Дженнифер Шеридан. По ее словам, высокие температуры, например, ускоряют фазы развития лягушек, от яйца до головастика, но рост за этими процессами не поспевает. В результате в зрелости они оказываются меньше, чем предыдущие поколения.

Но хотя есть множество примеров, подтверждающих эту тенденцию, есть также исключения — и мы многого еще не знаем.

Если бы правило Бергмана было действительно универсальным, можно было ожидать, что особи одного и того же вида будут меньше в более теплых частях ареала обитания — скажем, более мелкие белые медведи к югу. Но анализ 950 видов птиц и млекопитающих, проведенный в 2017 году, показал, что «большинство видов имеют одинаковые размеры независимо от температуры окружающей среды».

По словам Шеридан, есть даже свидетельства того, что некоторые животные становятся крупнее. Не совсем понятно, как это происходит, но одно из объяснений состоит в том, что потепление сокращает зиму и удлиняет период роста растений, позволяя травоядным животным набирать массу. Шеридан также говорит, что музеи с отличающимися экспонатами чаще встречаются в более богатых регионах с умеренным климатом, что может создавать пробелы в данных.

Дело в том, что природные системы действительно сложны. По ее словам, даже если теория и лабораторные исследования предполагают, что животные постоянно уменьшаются в размерах при потеплении, точный результат изменения климата на самом деле более непредсказуем. «Почти всегда одни становятся меньше, а другие — нет, — говорит Шеридан. — С изменением климата меняется и множество других факторов».

Также нет ответов на вопросы о том, как именно животные уменьшаются. Главный вопрос заключается в том, изменяются ли размеры тела в результате естественного отбора — то есть передаются от одного поколения к другому — или происходят в течение жизни одного животного, что исследователи называют «пластическими» изменениями.

Что происходит, когда животные становятся более миниатюрными

Если закрыть глаза на все эти нюансы, в целом исследователи уверены, что глобальное потепление повлияет на размер животных и сделает многих из них меньше. Ну и что из этого?

Вы можете возразить, что Земля давно существует. Она пережила большие периоды потепления, и многие животные смогли адаптироваться к резким изменениям — в конце концов, птицы произошли от динозавров миллионы лет назад, а сегодня их насчитывается от 10 до 18 тысяч видов. Но то, что происходит сегодня, это даже близко не эоцен. Мы нагреваем планету с беспрецедентной скоростью — примерно в 10 раз быстрее, чем в среднем после ледниковых периодов, — а это означает, что у большинства животных мало времени на адаптацию. «Думать, что они будут счастливо подстраиваться, — чрезмерное упрощение, — говорит Уикс.

Между тем уменьшение размеров несет свои издержки. По словам Шеридан, для многих видов меньший размер означает меньшее количество потомства. «Тот факт, что они меньше, имеет значение для их будущего размножения, что, в свою очередь, повлияет на размер популяции, — говорит она. — Это одна из причин, почему люди так сильно переживают о размерах тела».

Для некоторых эктотермов, в том числе земноводных, маленький размер также увеличивает вероятность погибнуть от жажды во время засухи. Размер тела имеет значение для видов, которые развили особые типы телосложения для длительных миграций. (Интересно, что исследование перелетных птиц 2019 года показало, что их крылья на самом деле становятся длиннее, что, вероятно, компенсирует меньший размер тела, отмечает Уикс.)

Но больше всего вызывает беспокойство тот факт, что потепление по-разному изменит размеры тела у разных видов, считает Шеридан, и это может нарушить взаимоотношения между животными. Например, если хищник уменьшается медленнее, чем его добыча, то ему потребуется больше пищи, чтобы наполнить желудок в нагревающемся мире.

«Если бы все становились меньше с одинаковой скоростью, то это не было бы так важно», — говорит Шеридан. По ее словам, последствия все равно были бы, например, более высокий риск исчезновения некоторых видов, но, скорее всего, мы получили бы «уменьшившуюся экосистему, которая все еще функционирует, потому что все элементы пропорциональны друг другу». А вот несоответствие, по ее словам, «очень беспокоит».

Споры о роли потепления в уменьшении размеров животных продолжаются. Шеридан, например, работает над обновлением своей статьи 2011 года, которая будет включать больше данных и больше исключений из правил. И Уикс работает, среди прочего, над тем, чтобы понять, были ли изменения в размере тела, которые он наблюдал у птиц, вызваны эволюцией или произошли в течение жизни отдельных особей.

Тем временем Дэвид Уиллард, ставший почетным руководителем коллекций Музея Филда, все еще выделяет время на поиск птиц. По его словам, в последнее время жертв было не так много, потому что яркий свет конференц-центра, который привлекает и дезориентирует птиц, был выключен в течение большей части пандемии. Это одна хорошая новость, которая появилась в результате его исследования: можно спасти жизни птиц, просто выключив свет.

Источник