Ценность коллекций естествознания и информации, которую можно из них извлечь, со временем возросла, поскольку усилия по оцифровке сделали их более доступными для изучения. Предоставлено: Иллюстрация Эмиля-Аллена Сеги.
Выбросы парниковых газов вызывают неуклонное нагревание климата Земли, и мы наблюдаем увеличение числа экстремальных и аномальных погодных явлений. Но прогнозировать и анализировать последствия того, что по определению является аномалией, может быть непросто.
По мнению ученых, на некоторые ответы могли бы дать музейные образцы. В первом исследовании такого рода команда из Университета Флориды использовала образцы из естественной истории, чтобы продемонстрировать, что аномально жаркие и холодные дни могут увеличить продолжительность активности бабочек и мотыльков почти на месяц.
«Результаты оказались совсем не такими, как мы ожидали», — сказал ведущий автор Роберт Гуральник, куратор отдела информатики биоразнообразия в Музее естественной истории Флориды.
Большинство исследований рассматривают изменение климата и его последствия через перископ повышения средней температуры. По мере того, как температура со временем повышается, растения и животные в определенном регионе становятся активными раньше весной, откладывают покой до поздней осени и постепенно меняют свои ареалы, чтобы соответствовать климату, в котором они лучше всего подходят для выживания. .
Неустойчивая погода усложняет эти закономерности с неизвестными последствиями, которые воздвигают непрозрачный экран перед учеными, пытающимися предсказать будущее глобальных экосистем.
«В научной литературе были намеки на то, что погодные аномалии могут оказывать кумулятивное воздействие на экосистемы, но не было ничего, что напрямую касалось бы этого вопроса в широком масштабе», — сказал Гуральник.
Это упущение, как он объяснил, было связано прежде всего с отсутствием достаточных данных. В то время как климатические данные надежно собирались во многих регионах мира более века, труднее найти записи, документирующие местонахождение и деятельность организмов.
Музеи естественной истории все чаще рассматриваются как потенциальное решение. Старейшие музеи накапливали образцы на протяжении сотен лет, а недавние усилия по оцифровке коллекций сделали их содержимое широко доступным. Но цифровые музейные записи имеют свои уникальные ловушки и недостатки.
В 2022 году соавтор исследования Майкл Белиц создал набор данных о мотыльках и бабочках из музейных коллекций, чтобы наметить курс для других исследователей, надеющихся использовать аналогичные данные. Результатом стало исчерпывающее руководство по сбору, систематизации и анализу информации из образцов естественной истории.
Имея в своем распоряжении этот надежный ресурс, Белитц и его коллеги хотели проверить, смогут ли они обнаружить сигнал от аномальных погодных условий. Ограничив свой анализ восточной частью Соединенных Штатов, авторы использовали записи о 139 видах мотыльков и бабочек , собранные с 1940-х по 2010-е годы.
Их результаты были однозначными: необычно теплая и холодная погода значительно изменила активность насекомых в большей степени, чем среднее повышение глобальной температуры за последние несколько десятилетий.
Место и время экстремальных погодных явлений повлияли на реакцию насекомых. В более высоких широтах теплые дни зимой означают, что мотыльки и бабочки начинают активнее весной. Необычно холодные дни дольше сохраняли активность насекомых на всех широтах, а наиболее сильное влияние оказывало сочетание исключительно высоких и низких температур.
«Если у вас есть череда аномально холодных и теплых дней, это ограничивает способность насекомых функционировать с максимальной производительностью», — сказал Гуральник. «Если холод не убивает вас, он замедляет вас и может заставить насекомых впасть в оцепенение. Насекомые могут довольно быстро восстанавливаться после похолоданий и продолжать жить дольше в результате внезапного снижения температуры».
Поначалу может показаться, что насекомые активны в течение более длительных периодов времени. Но вместо противовеса негативным последствиям изменения климата соавтор Линдси Кэмпбелл, изучающая комаров, отмечает, что более длительная или измененная продолжительность жизни насекомых также может означать больше возможностей для передачи патогенов.
«Существует корреляция между Эль-Ниньо и вспышками лихорадки Рифт-Валли в Восточной Африке, и есть отдельные наблюдения, которые показывают, что необычно теплые или горячие и сухие весны, сопровождаемые обильными осадками, также связаны с увеличением вспышек», — сказал Кэмпбелл, доцент Университета Флориды .
Долгосрочная стабильность экосистемы также полностью зависит от синхронизированной деятельности ее составных частей, и растения могут не реагировать на экстремальные погодные условия так, как насекомые. Если мотыльки и бабочки улетают слишком рано, они рискуют столкнуться с растениями, у которых еще нет листьев или цветов, тратя свою энергию на тщетные поиски пищи.
И с постоянно меняющимся базовым уровнем того, что составляет «экстремальность», неясно, смогут ли насекомые идти в ногу с изменениями.
«По мере того, как средняя температура и изменчивость климата увеличиваются, устойчивость организма резко падает», — сказал Гуральник. «Чрезвычайные явления сегодняшнего дня станут гораздо более экстремальными в будущем, и в какой-то момент способность противостоять этим изменениям достигнет своего предела».
Ссылка: «Погодные аномалии более важны, чем климатические средства в фенологии насекомых», Р. П. Гуральник, Л. П. Кэмпбелл и М. В. Белиц, 5 мая 2023 г., Communications Biology .
DOI: 10.1038/s42003-023-04873-4
Исследование финансировалось Национальным научным фондом и Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства.