Потепление климата угрожает благополучию перелетных птиц

Серая мухоловка (Muscicapa striata) — пример «дальнего мигранта», отправляющегося на зимовку в Африку. Фото Аладдина с сайта clubs.ya.ru
Серая мухоловка (Muscicapa striata) — пример «дальнего мигранта», отправляющегося на зимовку в Африку. Фото Аладдина с сайта clubs.ya.ru

Весна на севере Европы стала наступать существенно раньше, но сроки прилета птиц, находившихся на зимовке в тропических широтах, изменились незначительно. Запаздывание птиц с возвращением к местам гнездования приводит к тому, что они как бы выпадают из «биологического» времени: природа вокруг них оказывается уже не той, что была всегда в это время. Когда наступает пора выкармливания птенцов, проходит период обилия корма. Исследования ученых из разных стран показали, что наблюдаемое в странах Северной Европы снижение численности многих видов птиц, достоверно связано с тем, сколь велико их запаздывание при возвращении с зимовки.

Глобальное потепление дает о себе знать прежде всего изменениями, происходящими в высоких широтах. Это и таяние ледников Гренландии (см.: Гренландия всё быстрее теряет свой лед, «Элементы», 26.09.2006), и быстрое сокращение площади сплошного ледового покрова Северного Ледовитого океана, и теплые зимы, и более раннее наступление весны. Из-за более раннего прихода весны многие сезонные явления в жизни растений и животных происходят существенно раньше, чем в прошлые годы. Согласно многолетним фенологическим наблюдениям (например, за распусканием почек тех или иных видов деревьев, зацветанием определенных растений и т. д.), «биологическая» весна в Западной Европе начинается сейчас примерно на две недели раньше, чем это было 50 лет назад.

Многие птицы в ответ на весеннее потепление стали раньше занимать подходящие для гнездования участки, раньше образовывать пары, строить гнезда и откладывать яйца. Однако этот сдвиг на более раннее время связанных с размножением процессов у разных видов проявляется в разной мере. У птиц оседлых, не улетающих на зимовку, например у большой синицы (Parus major), изменение сроков гнездования происходит легко и, видимо, даже без существенных изменений в наследственно закрепленной программе поведения (см.: Большие синицы и без естественного отбора приспосабливаются к более раннему наступлению весны, «Элементы», 14.05.2008). А вот так называемые «дальние мигранты» — те, кто улетает на зимовку в тропическую Африку (южнее Сахары), испытывают серьезные неприятности. Ведь сроки начала миграции у них заданы реакцией на сезонное изменение фотопериода (длины светового дня), а оно определяется движением Земли вокруг Солнца и никак не зависит от глобального потепления (или похолодания).

Зяблик (Fringilla coelebs) — пример «ближнего мигранта». Зимой остается в пределах Европы. Фото Максим Горпенюка с сайта mywalls.ru
Зяблик (Fringilla coelebs) — пример «ближнего мигранта». Зимой остается в пределах Европы. Фото Максим Горпенюка с сайта mywalls.ru

Птицы, находящиеся на зимовке в тропиках, никак не могут знать, что у них на родине давно уже началась весна и они могли бы приступить к гнездованию. А когда они возвращаются, то застают уже совсем не то состояние окружающей живой природы, которое было бы для них оптимально. Основная неприятность для прилетевших издалека птиц в том, что к моменту, когда у них наконец вылупятся птенцы, их будет нечем кормить, поскольку пройдет пик численности насекомых, прежде всего их личинок (например, мелких гусениц), которые являются основным кормом.

Такое происходит, в частности, с мухоловкой-пеструшкой (Ficedula hypoleuca) — еще недавно обычного вида, численность которого на севере Западной Европы сейчас быстро сокращается (см.: Потепление на севере Европы заставляет голодать птенцов мухоловки-пеструшки, «Элементы», 05.05.2006). Орнитологи предполагают, что и ряд других видов перелетных птиц испытывают неблагоприятное воздействие более раннего наступления весны, хотя у «ближних мигрантов» (видов, остающихся на зимовке в пределах Европы или в крайнем случае — долетающих до севера Африки), запаздывание с возвращением к родным пенатам может быть и не столь существенным.

Конечно, естественный отбор будет работать (и наверняка — уже работает) на то, чтобы сместить начало весенней миграции на более ранние сроки. Кроме того, исследователи отмечают, что, прилетев, птицы быстрее приступают к гнездованию. Однако достаточно ли этих изменений биологии птиц, чтобы компенсировать фенологический сдвиг и успеть выкормить птенцов, пока еще не кончился корм? Если численность многих видов птиц на севере Европы снижается, то может ли это происходить из-за того, что они запаздывают с возвращением в места гнездования?

Ответы на эти вопросы попытались дать Никола Сайно (Nicola Saino) из Миланского университета (Италия) и его коллеги из других научных учреждений Италии, Германии, Финляндии и России (Россия представлена Леонидом Соколовым из Зоологического института РАН). Материалом для работы послужили многолетние (за последние 30–50 лет) наблюдения за датой прилета 117 видов птиц в четырех точках на севере Европы. Вот эти точки: о. Гельголанд в Северном море, пос. Рыбачий на Куршской косе (Калининградская область, Россия), о. Юрмо (Jurmo) и мыс Ханко (последние три точки на побережье Балтийского моря). Все они расположены на пути пролета птиц, и там есть станции кольцевания, где птиц отлавливают сетями, кольцуют и выпускают снова.

Для каждой из точек наблюдений определена средняя дата пролета того или иного вида в недавнее время и в предыдущие годы. Чтобы количественно охарактеризовать наблюдающийся в Европе сдвиг фенологических фаз, авторы работы использовали такой показатель, как общее количество тепла (сумма градусо-дней), полученного в каждой их четырех точек наблюдений за период с 1 января до средней даты прилета того или иного вида. Если птицы в ответ на более ранний приход весны начинают прилетать раньше, то в идеале этот сдвиг должен быть таким, чтобы сумма градусо-дней к новой дате прилета оставалась той же, что была и для старой даты (см. схему). Но происходит ли так на самом деле? Или же сдвиг оказывается недостаточным, и тогда полной компенсации упущенных возможностей не наблюдается? А если компенсации нет, то насколько это сказывается на численности птиц в местах их гнездования?

Схема показывает как растет количество тепла, получаемого в определенном месте в конце зимы — весной, в зависимости от календарной даты, и как в связи с потеплением может сдвигаться дата прилета птиц. Из обсуждаемой статьи в Proc. R. Soc. B
Схема показывает как растет количество тепла, получаемого в определенном месте в конце зимы — весной, в зависимости от календарной даты, и как в связи с потеплением может сдвигаться дата прилета птиц. По горизонтальной оси — календарная дата с середины зимы (в работе принято с 1 января). По вертикальной оси — количество тепла (сумма градусо-дней). Нижняя (синяя) кривая соответствует ситуации в прошлом. Верхняя (красная) кривая — в настоящем. Общее потепление отражено тем, что красная кривая располагается выше синей и круче изгибается вверх. Вертикальные линии соответствуют разным возможным датам прилета птиц. Синяя — старой дате прилета (показана синей стрелкой). Поскольку развитие беспозвоночных (служащих кормом для птенцов) происходит в строгом соответствии с количеством полученного тепла, то оптимальное смещение даты прилета — влево, вплоть до момента, когда в данном месте будет получено столько же тепла, сколько достигалось к прежней дате прилета. Именно в этом случае (крайняя левая вертикальная линия) достигается полная компенсация возможности использования кормовой базы. Но смещение даты прилета на более ранний срок может быть и частичным: тогда достигается только неполная компенсация (вторая слева вертикальная линия). Если дата прилета не меняется (линия отмечена красной точкой), то потери неиспользованных кормовых возможностей весьма значительны. Не исключен и крайне неблагоприятный вариант смещения новой даты на более позднее время (крайняя справа красная линия). Авторы работы показали, что адекватного смещения даты прилета не произошло, и, соответственно, не было возможности успеть использовать полностью кормовую базу. Из обсуждаемой статьи в Proc. R. Soc. B

Результаты исследования показали, что во всех четырех точках, где фиксировали дату прилета, весна стала наступать раньше. Это обстоятельство четко отражалось кривыми накопления тепла (количеством градусо-дней) в зависимости от календарной даты (см. рисунок). Так, по усредненным данным за 1989–2009 годы для 30 апреля (дата, вокруг которой группируется прилет многих птиц), сумма градусо-дней была на 58% больше, чем в течение трех предыдущих десятилетий. Что касается средней даты прилета птиц, то она в последние годы действительно сдвинулась на более раннее время, причем у ближних мигрантов в большей степени, чем у дальних. Однако сдвиг этот оказался недостаточным, чтобы полностью компенсировать более ранее наступление весны.

Графики накопления тепла (сумма градусо-дней) начиная с 1 января в двух точках обследования. Верхний рисунок — мыс Ханко (юг Финляндии), нижний — пос. Рыбачий (Куршская коса, Россия). Из обсуждаемой статьи в Proc. R. Soc. B
Графики накопления тепла (сумма градусо-дней) начиная с 1 января в двух точках обследования. Верхний рисунок — мыс Ханко (юг Финляндии), нижний — пос. Рыбачий (Куршская коса, Россия). Цифрами помечены кривые, относящиеся к разным периодам наблюдений: 1 — 1959–1968; 2 — 1969–1978; 3 — 1979–1988; 4 — 1989–1999; 5 — 1999–2009. Кривые за последние 20 лет идут выше, чем за предыдущие десятилетия, что и свидетельствует о потеплении.
Черная гистограмма внизу каждого графика — распределение средних дат прилета для всех изученных птиц. Наверху показана также карта севера Европы с местоположением четырех мест (станций кольцевания), откуда взяты данные по дате прилета. He — о. Гельголанд; R — пос. Рыбачий; J — о. Юрмо; Ha — мыс Ханко. Зеленым цветом показаны страны, в которых оценивалось изменение численности птиц. Данные по Финляндии (показана темно-зеленым цветом) анализировались отдельно. Из обсуждаемой статьи в Proc. R. Soc. B

Отсюда следует вопрос: а может ли запаздывание весенней миграции сказываться на численности птиц? Проанализировав имеющиеся данные по многолетней динамике популяций разных видов птиц в странах Северной Европы, авторы констатируют, что между этими показателями есть статистически достоверная связь: чем больше запаздывание (выраженное через сумму градусо-дней), тем заметнее снижение численности. Таким образом, происходящее сейчас быстрое потепление представляет собой реальную угрозу для существования многих перелетных птиц. Эволюция их жизненного цикла, физиологических реакций, запускающих механизм начала миграции, не поспевает вслед за изменениями климата.

Источник: Nicola Saino, Roberto Ambrosini, Diego Rubolini, Jost von Hardenberg, Antonello Provenzale, Kathrin Hüppop, Ommo Hüppop, Aleksi Lehikoinen, Esa Lehikoinen, Kalle Rainio, Maria Romano, Leonid Sokolov. Climate warming, ecological mismatch at arrival and population decline in migratory birds // Proc. R. Soc. B. 2011. V. 278. P. 835–842.

См. также:
1) Потепление на севере Европы заставляет голодать птенцов мухоловки-пеструшки, «Элементы», 05.05.2006.
2) Большие синицы и без естественного отбора приспосабливаются к более раннему наступлению весны, «Элементы», 14.05.2008.
3) Перелетные птицы не так уж и боятся потепления, «Элементы», 11.01.2007.
4) Из Европы в Африку на зимовку ежегодно улетают два миллиарда птиц, «Элементы», 22.06.2009.

Алексей Гиляров


10
Показать комментарии (10)
Свернуть комментарии (10)

  • grihanm  | 24.02.2011 | 06:05 Ответить
    Что поделать... Эволюционируют - куда денутся...
    Ответить
  • hongma  | 24.02.2011 | 07:29 Ответить
    Хм...
    А как они раньше переживали и потепления и похолодания... Что-то мне здесь не нравится, не попытка ли это увести подозрения с ГЛАВНОГО виновника сокращения численности диких организмов - человека?
    Кроме потепления, есть ведь и много другого - прямое уничтожение, разрушение мест обитания и гнездования и тд и тп.
    А потепление - то ли люди виноваты, то ли само настало.
    Ответить
    • Svjatoslav > hongma | 25.02.2011 | 13:33 Ответить
      Да, совершенно с Вами согласен! Что птицы гибнут - значит, в природе что-то происходит. Наверное, люди менее чувствительны к этим изменениям, а вот на птиц это сразу оказывает губительное действие. Прогресс до добра не доведёт.
      Ответить
      • a_b > Svjatoslav | 25.02.2011 | 20:03 Ответить
        А регресс, деградация доведут? До добра?
        Ответить
  • MayDay  | 24.02.2011 | 10:12 Ответить
    Почему бы не откладывать на графиках градусы и даты, а не наукообразные градусо-дни и безликие календарные дни? Черная гистограмма не иллюстрирует, а скрывает информацию о прилете птиц по датам и видам миграций ввиду усреднения.
    К тому же известно, что огромное количество птиц и летучих мышей гибнет на "экологичных" ветряках, которые как раз появились в массовом количестве в 90-х. Это актуально как раз для севера европы - изучаемой зоны миграции.
    Ответить
    • Алексей Гиляров > MayDay | 24.02.2011 | 16:22 Ответить
      "Наукообразные градусо-дни" - это очень удобный способ представить зависимость развития растений (а также насекомых и всех прочих тварей, за исключением теплокровных) от количества тепла, которое попадает от солнышка в данную местность. Ведь один год весна может быть "затяжной", когда длительное время держится довольно низкая температура, а в другой год - весна бурной, когда вдруг подряд идут несколько необычно теплых дней. Соответственно, скорость развития растений, то убыстряется, то удлиняется. Но оказывается, что если суммировать температуры за все дни (в работе - для каждой даты взято среднее из 4-х измерений в течение суток), пока идет развитие определенной стадии организма, то оно оказывается примерно одинаковым для разных лет! В теплые годы - быстрее идет, к примеру, развитие яиц данного вида бабочек, в прохладные - медленнее, но сумма-градусо дней, необходимая для того, чтобы развитие яиц успешно завершилось, оказывается ОДИНАКОВОЙ! Именно поэтому и использована сумма градусо-дней. Она наилучшим образом будет отражать определенную степень развития растений и насекомых, а это еда для взрослых птиц, а главное - для птенцов. А календарные дни в данном случае - подряд счет дней, начиная с 1 января. По-моему очень даже удобный метод (придуманный еще в середине 19-го века кстати!). Понятно теперь или нет?
      Ответить
      • MayDay > Алексей Гиляров | 24.02.2011 | 18:27 Ответить
        Если перестроить графики температур именно по координатам температура - дни, то разница между кривыми в период прилета птиц будет меньше раза в полтора. Корреляция между температурой и временем прилета будет лучше. И вывода - "Ах, не компенсируется" не будет.

        Понятие температуро-дни в применении относительно. Особенно это ясно по неопределенности базовой температуры. Согласитесь, что если положить яйца бабочек на сковородку, то они не вызреют за пять минут. Это гипербола, но смысл понятен, надеюсь.
        Впрочем, объясню по-другому. Более теплые температуры января, февраля и начала марта последние два десятилетия не сказываются на выведении яиц бабочек - всё равно холодно. А в график температуродней - дата они вклад дают. Поэтому и получается псевдовывод об отставании корреляции.
        Ответить
        • Алексей Гиляров > MayDay | 24.02.2011 | 22:42 Ответить
          Не следует принимать за полных идиотов исследователей, использующих данный метод. Отсчёт градусов ведётся обычно не от нуля, а от некой пороговой величины (условного биологич. нуля), после которой начинается развитие. В данной работе были использованы разные величины порога: -3, 0 и +3 - но особых отличий не выявили и потому считали от 0 град. С. Я не очень понял, что это за предлагаемые Вами координаты "температура - дни". "Дни" - видимо дни прилета, а температуру Вы какую будете откладывать? Вчера было тепло, а сегодня холодно... Ведь в данном случае нужно было выяснить не температуру в день прилета птиц (это бы ни о чем не говорило), а как-то охарактеризовать стадию "фенологической (биологической весны)" к моменту прилёта - распустились ли листочки, отложили ли яйца бабочки (потом из них выведутся гусеницы, которыми будут кормить птенцов) и т.д. Вот для этого и использовалась сумма градусо-дней. Ну возможно было начать отсчет не с 1 января, а с 1 февраля. Но это абсолютно ничего не изменило бы. И потом на севере Германии в конце января - это совсем не то, что под Москвой. Там уже вовсю подснежники цветут. Стало ли понятнее про сумму градусо-дней??? Посмотрите еще старую "новость" про мухоловок...
          Ответить
          • MayDay > Алексей Гиляров | 25.02.2011 | 10:20 Ответить
            Что такое градусо-дни я понял. Количество накопившегося с 19 века теплорода. :)
            Что уж проще естественных координат температура - дни. По оси У - t,C, а по Х - даты.
            Чтобы получить градусы достаточно продифференцировать приведенные кривые. Что я и сделал. И получил в полтора раза меньшее отставание. Там усреднение за 10 лет на график. Поэтому никаких рывков на графиках температуры нет.
            Кстати, Вы правильно добавили неопределенность с началом отсчёта в случае температуродней - ещё и по дате, с которой начинать суммирование. 1января - это к биологии отношения не имеет. Если начать суммировать с осени, когда идет накопление биомассы на зимовку, то отставание прилета от графика будет ещё больше и станет загадочным, как бедные птицы вообще выживают. А если с 1 марта, то отставание сократится чуть меньше, чем в полтора раза.
            Повторюсь - если использовать естественную температуру воздуха, то non-compensatory advancement заменится на compensatory. И причину сокращения численности птиц придется искать в другом месте.
            На мой взгляд, использование температуродней малообосновано.
            Ответить
            • Алексей Гиляров > MayDay | 25.02.2011 | 10:49 Ответить
              Мне Ваша критика подхода авторов показалась необоснованной. "Не следует множить сущности сверх надобности". Если Вас данная статья не убеждает, то прочтите статью в Нейчер, по которой написана новость: "Потепление на севере Европы заставляет голодать птенцов мухоловки-пеструшки" : http://elementy.ru/news/430222
              Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»