биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Глобальное потепление бьет по клювам

[26 июля, 2016 г.]

Глобальное потепление не перестает удивлять. Чем сильнее меняется климат, тем больше мы узнаём об удивительных и хрупких связях между живой и неживой природой. Ученые в результате 33 лет наблюдений за птицами выяснили, как ранний сход снега в северных широтах влияет на пищевые цепи в тропиках.

Шутки неуместны

Сегодня уже редко встретишь людей, которые не верили бы в глобальное потепление, но до сих пор обеспокоенность общества этой проблемой крайне низка. Про него обычно вспоминают шутливо при разговоре о летнем зное или зимней слякоти.

Тем не менее всемирное изменение климата — одна из серьезнейших проблем современности, доказать существование которой пытались с середины прошлого века (рис. 1). И проблема эта касается не только далеких и имеющих сомнительную экономическую ценность экосистем холодных широт или коралловых рифов [1] — глобальное потепление наносит колоссальный урон пищевой базе человечества.

Клод Лориу

Рисунок 1. Клод Лориу — французский гляциолог, исследовавший историю земного климата по антарктическим льдам. Первый ученый, заговоривший о глобальном потеплении и его разрушительных эффектах. Кадр из фильма «Лёд и небо» («Ice and the Sky», 2015).

Так, как это ни парадоксально, раннее таяние снега на полях учащает гибель всходов от мороза (рис. 2). Логика проста, но неочевидна: в холодном климате семена прорастают достаточно поздно, чтобы пропустить весенние заморозки. Ранние же всходы застают эти заморозки, будучи слабыми и уязвимыми ростками. Из-за этого парадоксального явления в 2007 году Северная Америка столкнулась с небывалым неурожаем. Январское потепление на востоке континента совпало с резким похолоданием в начале апреля. Пострадали не только злаки, но и декоративные и плодовые деревья; ущерб превысил $2,3 млрд [2, 3].

В Европе в 2003 году стояло самое жаркое лето за всю историю метеонаблюдений. Эта жара послужила причиной 70 000 смертей, и, по мнению ученых, ее спровоцировала именно человеческая деятельность [4, 5].

Влияние глобального потепления

Рисунок 2. Из-за глобального потепления раньше сходит снег и прорастают поля. И хотя более длинный вегетационный период — это только лучше, ранние всходы крайне чувствительны к поздним заморозкам. Из-за раннего потепления и последующих заморозков в 2007 году США потеряли $2,3 млрд. а — Плантация проса в Теннесси до заморозков (вверху, обратите внимание на легкую одежду) и после (внизу). б — Карта отклонений минимальной температуры от нормы в период 5–9 апреля. При весенних заморозках температура падала до −7 оС. Рисунок из [2].

Параллельно с температурой повышается и содержание углекислого газа (СО2) в атмосфере. Влияние СО2 на урожай неоднозначно: с одной стороны, этот газ необходим для фотосинтеза, с другой — повышает кислотность почвы и соотношение C/N в растениях, что ухудшает качество сельхозпродукции. Удобряющий эффект СО2 недостаточно хорошо исследован и представляет собой важную неизвестную, затрудняющую долгосрочное прогнозирование. Если верить недавним прогнозам, к 2080 году мировой урожай кукурузы и пшеницы может упасть наполовину, а сои — на четверть [6].

Конечно, культуры тропических стран растут в условиях глобального потепления только лучше. Но даже такое теплолюбивое растение, как сахарный тростник, может в будущем пострадать от недостаточной ирригации, увеличения численности сорняков и вредителей [7]. К тому же экстремальные климатические явления, учащающиеся в современном мире, не щадят культуры ни умеренных, ни тропических широт [8].

От глобального потепления страдает не только сельское хозяйство. Тихоокеанскому лососю чавыче в теплые годы требуется больше пищи, что очень некстати сочетается с сокращением их кормовой базы. В результате потепление океана приводит к уменьшению размера особей и численности популяции этой промысловой рыбы [9].

Тревожные звоночки природы

Список катаклизмов континентального масштаба, вызванных глобальным потеплением, можно продолжать довольно долго. К сожалению, человечество так и не научилось прогнозировать их возникновение: засухи и нашествия вредителей остаются так же непредсказуемы, как и землетрясения. И всё же ученые учатся распознавать тревожные знаки, указывающие на непоправимые изменения в биоcфере.

Один из индикаторов грядущей нестабильности в экосистеме — сокращение численности опылителей. Повсеместное использование пестицидов и выкашивание цветочных полей вредят полезным насекомым-опылителям. В Европе и Северной Америке за последние 60 лет число пчелиных ульев упало в два раза, а популяции и даже виды шмелей стремительно вымирают по всему миру [10]. Потеря опылителей уже успела для садово-ягодных хозяйств стать проблемой, на которой в свою очередь успели заработать предприниматели, сдающие в аренду пчелиные ульи [11].

Не менее весомым экологическим показателем является численность птиц. Птицы — крайне важный элемент любой экосистемы. Они охотятся на насекомых-вредителей и паразитов животных, способствуют распространению семян, могут поедать падаль и мелких хищников. В результате многолетних наблюдений за птицами ученые пришли к необычным выводам. С 1980-х численность европейских птиц упала на 421 млн особей, что в пересчете на живой вес составляет 7000 т. Бόльшая часть птичьей убыли, как ни странно, приходится на самые распространенные виды птиц, в то время как численность и биомасса редких птиц даже растет (рис. 3). Такие результаты заставляют задуматься о целесообразности программ, направленных на сохранение прежде всего редких видов. Сокращение численности воробьев может оказаться гораздо ощутимей вымирания серых цапель, поскольку воробьи играют пропорционально бόльшую роль в экосистемах [12].

Пострадавшие популяции

Рисунок 3. В Европе за период 1980–2009 гг. больше всего пострадали популяции многочисленных видов (снизу), а не редких (сверху), на сохранение которых бросили все силы. За это время общая численность птиц сократилась на 421 млн особей, или 7000 т биомассы. Рисунок из [12].

При чём тут глобальное потепление?

Основной причиной сокращения численности насекомых-опылителей и птиц считается хозяйственная деятельность человека.

Но в последние годы ученые обнаруживают ранее невидимые ниточки, связывающие эти слабые звенья экосистем с глобальным потеплением. Так, из-за смены климата цветы уходят из привычного ареала и становятся недоступными для своих опылителей. К тому же насекомые очень чувствительны к экстремальным температурам и поздним заморозкам, сопутствующим глобальному потеплению [10].

История о влиянии глобального потепления на популяции птиц невероятно интересна и в 2016 году даже удостоилась чести попасть на обложку майского номера Science [11]. Статья, содержащая результаты тридцатилетних наблюдений за взаимодействием исландского песочника с окружающей средой, показывает не только удивительную взаимосвязь экосистем Арктики и тропиков, но и важность международной коллаборации в долгосрочных исследованиях биосферы.

Исландский песочник — мигрирующий вид птиц, который размножается на Таймыре, а зимует в Мавритании. В Арктике последствия глобального потепления особенно заметны, и на Таймыре дата схода снега уже в течение 33 лет смещается на всё более ранние сроки — на 0,5 дня ежегодно. Замеры птиц (рис. 4) показали, что вылупившиеся в более теплые годы песочники к моменту миграции достигают меньших размеров.

Изменения размеров песочника

Рисунок 4. Изменения в размерах исландского песочника можно приписать глобальному потеплению. а — Последние 33 года дата схода снега на Таймыре сдвигалась на 0,5 дня/год. б — Чем раньше тает снег, тем меньше вес птенцов (точка — средний вес птенца, цифра в точке — год). в — Чем раньше тает снег, тем короче клюв у птенцов. Рисунок из [11].

Уменьшение тела — часто встречающийся ответ на глобальное потепление в популяциях птиц и млекопитающих [12]. C одной стороны, это можно считать адаптацией для более эффективного рассеивания теплоты, так как меньший размер соответствует большему отношению поверхности тела к его объему. Но в данном случае это, скорее всего, лишь следствие более скудного питания растущих птенцов. При раннем сходе снега тундровые членистоногие, составляющие кормовую базу песочника, достигают пика численности еще до вылупления птенцов. Песочники пытаются приспособиться к такому временнóму разобщению, мигрируя на Север каждый год на 0,25 дня раньше, что всё же в два раза медленнее, чем ежегодный сдвиг северного лета.

Это уменьшение размеров может быть главным фактором в сокращении численности исландских песочников. В тропиках песочники питаются моллюсками, зарытыми в песок. Особи с 40-миллиметровым клювом могут достать 2/3 моллюсков, тогда как особи с 30-миллиметровым — лишь 1/3. Из-за этого короткоклювые песочники вынуждены переходить на диету, состоящую в основном из менее питательных корневищ. Что интересно, длина клюва влияет на выживание только молодых особей (рис. 5). Авторы считают, что это связано с преимуществами короткого клюва при ловле насекомых в тундре. К сожалению, эти преимущества недоступны молодым песочникам до их первого возвращения на Север.

Укорочение клюва

Рисунок 5. Укорочение клюва из-за глобального потепления создает исландскому песочнику проблемы при питании на тропических зимовках. а — Самая обильная и питательная еда на зимовке в Мавритании — моллюск Loripes lucinalis. Он в большей степени доступен особям с длинным клювом, а короткоклювые песочники чаще питаются корневищами Zostera noltiiб — Молодые птицы имеют больше шансов вернуться после первой южной зимовки на Таймыр, если у них длинный клюв. У птиц старше года длина клюва уже не влияет на успех миграции. Рисунок из [13].

Случай исландского песочника прекрасно иллюстрирует, насколько неординарными бывают последствия глобального потепления: ранний сход снега на Таймыре влияет на пищевые цепи в Мавритании. Это наблюдение еще раз показывает, что вся планета — единое целое и что человеческая деятельность ведет к разрушительным последствиям во всей биосфере*, а не только в самых уязвимых ее точках.

* — Но несмотря на то, что факт глобального потепления отрицать нельзя (об этом говорят данные наблюдений), далеко не все исследователи согласны с тем, что в этом стóит винить человека: климат на Земле меняется постоянно и, честно говоря, несколько самонадеянно говорить о том, что это заслуга человечества. — Ред.

Литература

  1. биомолекула: «Это страшное слово „дефаунизация“»;
  2. Gu L., Hanson P.J., Mac Post W., Kaiser D.P., Yang B., Nemani R. et al. (2008). The 2007 eastern US spring freeze: increased cold damage in a warming world. BioScience58, 253–262;
  3. Billion-dollar weather and climate disasters: table of events. National oceanic and atmospheric administration;
  4. Robine J.M., Cheung S.L., Le Roy S., Van Oyen H., Griffiths C., Michel J.P., Herrmann F.R. (2008). Death toll exceeded 70,000 in Europe during the summer of 2003. C. R. Biol331, 171–178;
  5. Stott P.A., Stone D.A., Allen M.R. (2004). Human contribution to the European heatwave of 2003. Nature432, 610–614;
  6. Deryng D., Conway D., Ramankutty N., Price J., Warren R. (2014). Global crop yield response to extreme heat stress under multiple climate change futures. Environ. Res. Lett. 9, 034011;
  7. Zhao D., Li Y.R., Zhao D., Li Y.R. (2015). Climate change and sugarcane production: potential impact and mitigation strategies. Int. J. Agron. 2015, 1–10;
  8. Hatfield J.L. and Prueger J.H. (2015). Temperature extremes: effect on plant growth and development. Weather and Climate Extremes10, 4–10;
  9. Daly E.A. and Brodeur R.D. (2015). Warming ocean conditions relate to increased trophic requirements of threatened and endangered salmon. PloS One10, e0144066;
  10. Goulson D., Nicholls E., Botias C., Rotheray E.L. (2015). Bee declines driven by combined stress from parasites, pesticides, and lack of flowers. Science347, 1255957–1255957;
  11. Caron D.M. (2011). Bee colony pollination rental prices, eastern US with comparison to west coast. University of Delaware, Mid-Atlantic Apiculture Research and Extension Consortium;
  12. Inger R., Gregory R., Duffy J.P., Stott I., Voříšek P., Gaston K.J. (2015). Common European birds are declining rapidly while less abundant species’ numbers are rising. Ecol. Lett. 18, 28–36;
  13. van Gils J.A., Lisovski S., Lok T., Meissner W., Ożarowska A., de Fouw J. et al. (2016). Body shrinkage due to Arctic warming reduces red knot fitness in tropical wintering range. Science. 352, 819–21.

Автор: Галкин Федор.

Число просмотров: 188.

Вернуться в раздел «Новости»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.