15.07.2015

Шмели Северного полушария меняют свой ареал в ответ на изменение климата

Группа канадских и американских специалистов собрала массовые данные по распространению шмелей за последние сто лет. В их базе данных оказалась информация по 67 видам североамериканских и европейских видов. Эти данные показывают, что с севера граница видовых ареалов в целом остается на месте, тогда как южная сдвигается к северу. Одновременно с уменьшением ареала шмели осваивают высокогорные участки; особенно четко эта тенденция проявилась в южных участках ареалов, где температура значительно повысилась по сравнению с серединой ХХ века. В целом, подобная динамика ареалов может быть связана с происхождением шмелей: их видообразование проходило в умеренной, а не тропической зоне.

В современной научной литературе множество работ, посвященных реакции флоры и фауны на климатические сдвиги. Меняются сроки наступления сезонов, меняются средние температуры по сезонам, количество осадков и многое другое. Это, с одной стороны, серьезная угроза стабильности экосистем и новые реалии в управлении запутанным человеческим хозяйством, а с другой стороны, вызывает неизменный академический интерес. Ведь это действительная возможность проследить эволюционные изменения в реальном масштабе времени. Биологи наблюдают за отдельными видами, изучают генетические изменения в ответ на смену климата, наблюдают за изменением поведения при сезонных сдвигах.

Подобные исследования предваряют более широкие обобщения, которые стали появляться в последние годы. Важно увидеть общую картину фаунистических трендов, которые выявляются при анализе множественных данных по разным континентам и видам. К таким работам относится, например, интеграция данных по 117 видам перелетных птиц Европы. Пока не слишком хорошо отработана техника сбора и анализа данных, результаты получаются весьма противоречивыми. Поэтому в данной области исследований первоочередной задачей стоит накопление единообразных данных и их надежная интерпретация. Иначе невозможно понять, что значит «глобальное потепление» для глобального разнообразия. И стоит ли вообще этот вопрос на повестке дня.

В этом смысле интересное исследование представила международная группа зоологов под руководством Джереми Керра (Jeremy T. Kerr) из Университета Оттавы (Канада). Ученые проверили, как влияет потепление климата на двух континентах - в Европе и Северной Америке - на распространение шмелей. Для этого они свели воедино все имеющиеся в мире данные по всем видам шмелей начиная с начала XX века (рис. 1). После удаления из этого массива записей с отсутствующими или ненадежными географическими привязками осталось 423 411 записей по 31 американскому виду и 369 239 записей по 36 европейским видам. В общей сложности получилось 67 видов шмелей (всего в Америке и Европе известно 214 видов). На каждый вид пришлось в среднем по 536 записей. Время наблюдений разделили на 4 части. Промежуток с 1901-го по 1974 год считался базовым уровнем. А следующие три декады - с 1975-го по 1986-й, с 1987-го по 1998-й, с 1999-го по 2010-й - должны были показать динамику изменения ареалов.

Для каждой точки подсчитали расстояние от экватора, для каждого вида показали самую северную и самую южную точку его распространения в выбранные периоды времени. Кроме того, из метеорологических источников для каждой точки выбрали среднегодовую температуру в год наблюдения, из топографических карт - высоту над уровнем моря. Понадобились и данные по землепользованию и пестицидной нагрузке для каждой точки и каждому году наблюдения. Правда, последнее оказалось доступно только для Северной Америки, где инсектициды стали интенсивно использоваться в 80-х годах и с этого времени существуют соответствующие данные по 149 наиболее востребованным типам пестицидов.

Северная граница ареалов для американских и для европейских видов за прошедшие тридцать лет в целом никуда не сдвинулась, хотя для отдельных видов переместилась на тысячу километров севернее, а для некоторых американских видов - на 800 км к югу (рис. 2, А). При этом температура вдоль северной границы ареала повысилась примерно на 2,5°С (рис. 2, B). Южная граница распространения шмелей заметно сдвигалась к северу, в среднем на 200-300 км (рис. 2, C). Те места, которые шмели предпочли оставить, вероятно, оказались в последнее время слишком для них жаркими, так как в исторических местах обитания шмелей стало в среднем на 4 градуса теплее (рис. 2, D).

Также виды с более южными ареалами показали четкую тенденцию забираться выше в горы - видимо, там прохладнее (рис. 3). Виды с северными ареалами, напротив, заняли более низкие местообитания: их регистрировали в последнее десятилетие на высотах примерно на 200 м ниже исторической границы.

Разделив виды на близкие филогенетические кластеры, ученые рассмотрели, имеются ли общие тенденции для видов внутри кластеров. Им удалось показать, что родственные виды реагируют на климатические сдвиги единообразно. К сожалению, этот интересный вывод они не проиллюстрировали как следует, хотя именно он показывает эволюционную и долговременную составляющую фаунистических изменений. Если вывод ученых относительно сходства реакций в близких родственных группировках подтвердится, то можно будет с цифрами в руках обсуждать динамику адаптивного пространства надвидовых таксонов. Это исключительно важное для экологии понятие чаще всего не получает эмпирического выражения.

Нужно заметить, что не выявилось никаких корреляций между сдвигами ареалов видов и применением инсектицидов или изменений в землепользовании. По всей видимости, этот аспект человеческой деятельности в ее существующем объеме не сильно влияет на ареалы шмелей. Хотя ранее было проведено внушительное число исследований, демонстрирующих губительное действие инсектицидов на шмелей. К этому выводу авторов работы ученые будут присматриваться особенно тщательно и критически.

В целом исследование показывает, что ареал шмелей не сдвигается к северу вслед за изменениями температуры, зато ужимается с юга, в результате общая площадь ареала снижается. Это само по себе не означает, что шмели в Северном полушарии вымирают, но это симптом активного ответа на текущие климатические изменения. Какие факторы сдерживают продвижение ареала к северу, неизвестно. Ясно, что это не климат, так как, где это возможно, шмели занимают более высотные пояса. Иными словами, в высокогорных районах они следуют за температурными сдвигами. Продвижение к северу южной границы показывает их низкую толерантность к перегреву. Вероятно, это объясняется их исконным приспособлением к умеренным широтам. Напомню, что перегрев может оказаться серьезным фактором, формирующим ареал. Наиболее известной иллюстрацией этого явления может служить позднепермский (265-255 млн лет назад) температурный максимум. В это время многие циркумтропические виды стали биполярными, исчезнув из перегретой экваториальной зоны. Возможно, шмели позволяют увидеть воочию это явление.

В перспективе интересно сравнить, как разные видовые группы шмелей с разной термотолерантностью и разным временем и местом происхождения реагируют на климатические сдвиги. Это, во-первых, станет основательным примером для эволюционной биогеографии (а пока их совсем немного), во-вторых, позволит более обдуманно подходить к сохранению экосистем в современном мире. Для этого имеются и массивы данных, и отработанные методики.

Источник: Jeremy T. Kerr, Alana Pindar, Paul Galpern, Laurence Packer, Simon G. Potts, Stuart M. Roberts, Pierre Rasmont, Oliver Schweiger, Sheila R. Colla, Leif L. Richardson, David L. Wagner, Lawrence F. Gall, Derek S. Sikes, Alberto Pantoja. Climate change impacts on bumblebees converge across continents // Science. 2015. V. 349. P. 177-180.

Елена Наймарк

Источники:

1. elementy.ru