Животные имеют удивительную способность адаптироваться к высоким температурам, - ученые

Рано или поздно человечеству придется распрощаться со многими видами животных и растений по всему миру. Согласно докладу ООН за 2019 год, 1 млн видов в настоящее время уже находится под угрозой исчезновения, пишет Popular Science. 

В этом году в исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые обнаружили, что экосистемы тропических океанов могут начать разрушаться к 2030 году, а экосистемы лесов и гор — к 2050 году. 

По другим данным, если планета будет нагреваться нынешними темпами, то к 2100 году до половины всех животных мира потеряет более 50 процентов своей среды обитания.

"Мы имеем довольно зловещую картину. И все же некоторые виды выживут", - сказал председатель IPBES Роберт Уотсон. 

От рано мигрирующих птиц, морских черепах, меняющих свои маршруты и до северных оленей, рождающих детенышей ранней весной, животные уже меняют свое поведение, чтобы приспособиться к новым реалиям окружающей среды. 

Но как они переживут постоянное увеличение температуры, которая, если мы ничего так и не предпримем, будет бить рекорды каждый год.

"Ответ — эволюционная головоломка, которая все еще решается", — говорит Марта Муньос, эволюционный генетик из Йельского университета.

Наше понимание того, как животные используют различные стратегии для поддержания своего тела при определенной температуре, называемое "терморегуляцией", появилось на удивление недавно.

"Можно подумать, что эта идея восходит к 1700-м годам, но нет, это вовсе не так. Она была сформулирована лишь в 1944 году. Ученые обнаружили структуру ДНК менее чем через десять лет после того, как выяснилось, что терморегулирование играет важную роль", — отметила Муньос. 

Существуют два способа эволюции животных к терморегуляции. Они либо тратят энергию на поддержание стабильной температуры, которую выбрали теплокровные животные, либо могут стратегически замедлять или ускорять свой метаболизм, чтобы соответствовать внешней температуре, тактику, которую используют амфибии, рептилии, насекомые и большинство подводных существ. 

Вот почему, когда в Майами становится аномально холодно, игуаны начинают падать с деревьев — их метаболизм замедляется до такой степени, что мышцы перестают функционировать. 

Но независимо от того, какой путь выберет животное, жара всегда будет нести большую нагрузку, говорит Муньос. В своем исследовании она показала, что способность ящериц противостоять более низким температурам развивалась в десять раз быстрее, чем способность переносить жаркие условия.

Это можно объяснить тем, что при слишком низких температурах животные либо адаптируются к этим условиям, либо умирают в попытках. По словам Муньос, от холода никуда не деться, от него нельзя ни спрятаться, ни убежать (В отличии от ящерицы, которая наоборот всегда может найти участок затененного леса, где температура значительно ниже, чем там, куда попадает прямой солнечный свет). 

На протяжении тысячелетий тот факт, что животные могут адаптироваться к более высоким температурам, перемещаясь, замедлил эволюцию физических качеств, позволяющих справляться с экстремальной жарой. Подобное поведение было обнаружено и у бабочек. 

"Эти насекомые могут адаптироваться к жаре, либо находя участки более холодных зон в лесу, либо, используя такие уловки, как движение крыльев под определенным углом, для того, чтобы солнечные лучи отражались", — говорит Эндрю Бладен, исследователь из Кембриджского университета, изучающий, как повышение температуры влияет на популяции бабочек в Великобритании. 

Недавно его команда поймала и измерила температуру более 4 тыс. бабочек 16 видов. Они тщательно следили за тем, регулируют ли они свою температуру, занимая более прохладный микроклимат или перемещая крылья в разные стороны. Свои результаты они опубликовали в сентябре этого года в журнале "Journal of Animal Ecology". 

"Мы обнаружили, что виды, которые больше всего полагались на использования микроклимата, как правило, были видами, которые сократились за последние 40 лет больше всего", — отметил Бладен. 

Виды, популяции которых увеличивались за тот же период, ведут себя иным образом, чтобы адаптироваться к более высоким температурам. А это означает, что в долгосрочной перспективе простое изменение поведения некоторых особей может изменить судьбу целого вида. 

Однако изменение климата связано не только с постоянным повышением температуры. Это также внезапные и резкие перепады, которые способны привести организм в шок. 

"Выживание в этих специфических условиях, которые могут стать частыми из-за усиления климатических изменений, в конечном счете изменит экосистемы", — утверждает морской биолог Диана Мадейра. 

В своей лаборатории в Университете Авейру в Португалии она пыталась понять, насколько хорошо приспособлены различные виды рыб к выживанию в этих шокирующих условиях. 

Она обнаружила, что один из самых важных видов для европейского рыболовства — золотистый спар, может выжить до 28 дней в водах с температурой 30°C. 

Именно это число является прогнозируемой температурой, которую европейские моря будут иметь в течение сильной жары 2100 года, если люди никак не повлияют на климатический кризис. После этого ткани тела спара начнут повреждаться, приведя в конечном итоге к смерти. 

А что если сильная жара наступит именно тогда, когда лещи будут слишком молодыми или вовсе маленькими личинками? Мадейра обнаружила, что личинки морского леща чрезвычайно уязвимы перед сильной жарой, они не могут много двигаться, чтобы избежать теплых вод, в отличии от молодых рыб, которые довольно хорошо выживают в таких условиях. Что касается зрелых особей, то по словам Мадейры, они не преуспевают, вероятно, из-за того, что тратят много энергии на размножение. 

Результаты будут отличаться от вида к виду. Одни могут выбрать краткосрочное выживание, но страдать потом на уровне поколений. 

"Они идут на некий компромисс: "Хорошо, я могу выжить, но тогда я не буду так много размножаться, или так сильно расти"", — подчеркнула Мадейра. 

Для млекопитающих и птиц поддержание прохлады это не предотвращение отказа их тела, а скорее трата энергии на регулирование внутренней температуры, объясняет Тревор Фристоу, исследователь из Констанцского университета в Германии. В отличие от ящериц или рыб, теплокровные животные не страдают в сильную жару так быстро. 

Чтобы сохранять хладнокровие, они разработали для себя разные стратегии, такие как задыхание, какание или даже управление воздухом вокруг себя большими ушами. 

Некоторые существа, чтобы оставаться прохладными, например, приматы и лошади, в результате эволюции испаряют воду через кожу потея. Чтобы очистить эту влагу, тела тратят энергию, которая, в свою очередь, нагревает наши внутренности еще больше. Этот цикл, если его поддерживать слишком долго, заканчивается тепловым ударом. 

Исследование показало, что максимальная температура тела, которую теплокровное животное может достичь и выжить, колеблется между 40 и 48°C. Чтобы понять, как животные приспособились к экстремальной жаре, в 2015 году Фристоу провел исследование, в ходе которого изучил эволюцию 211 видов птиц и 178 видов млекопитающих.

"С эволюционной точки зрения, выживание теплокровного животного в условиях жары означает достижение тонкого баланса между размером тела, формой тела (компактные животные лучше переносят сильный холод), скоростью, с которой животное сжигает энергию (метаболизм) и тем, насколько его тело подвержено воздействию дополнительных элементов (перья, мех и подобные изолирующие механизмы в некоторой степени защищают животных от перемены погоды)", — объясняет Фристоу, 

Он обнаружил, что размер не играет особо важной роли в адаптации к температуре, поскольку повсюду в мире существуют как огромные, так и крошечные животные. Скорость метаболизма играет огромную роль для птиц, в то время как изолирующие механизмы, такие как волосы на теле или жировые запасы, особенно важны для млекопитающих.

 Но его модель игнорирует то, что пытались решить исследования ящериц Марты Муньос — поведение. Недавно исследователи выяснили, что при воздействии около 44 °C зебровые зяблики, заботясь о своих яйцах, издают быстрые и пронзительные "тепловые крики", которые кажутся более эффективными, чем тихие короткие вдохи, которые они делают, когда им жарко.

Эти "тепловые крики" замедляют рост неокрепшего нового поколения, которое становится более терпимым к высоким температурам по сравнению со своими родителями.

Комплексное исследование показало, что поведение, по-видимому, является наиболее важным инструментом для борьбы с экстремальной жарой у теплокровных существ. 

Тем не менее, температура — это только одна из многих вещей, которая изменится для животных из-за действий человека.

Окисление океанов, растущее обезлесение и урбанизация, загрязнение окружающей среды и изменение погодных условий создадут дополнительные проблемы для видов. Чтобы приспособиться к этим проблемам, исследователи полагают, что животные будут использовать поведенческие уловки. 

"Иногда наши выводы по одному фактору не применимы, когда существуют две, три, четыре, а то и десять факторов, происходящих одновременно", — заключила Мадейра.