Reguła Bergmana brzmi niezwykle prosto: w klimacie zimnym zwierzęta są większe, w klimacie gorącym – mniejsze. Czy wszystko jest jasne?
Zasada ta przetrwała próbę prawie dwóch stuleci. Jednak historia sów ryjących w Ameryce Północnej jest znacznie bardziej skomplikowana. Dużo trudniejsze.
Nowe dane z Convoy Laboratory na Uniwersytecie Idaho pokazują, że ptaki te nie są jedynie produktem powolnej, stałej ewolucji. Stają się także ofiarami własnego wczesnego dzieciństwa i tego, co w danym momencie trafia na ich talerz.
Geografia ma znaczenie, ale równie ważne jest to, co dzieje się z pisklęciem sokoła gyrfalcon, gdy lato wypala ziemię.
Kontrola gradientu
Dlaczego gyrfalcons?
To nie tak, że są to najbardziej efektowne ptaki drapieżne. A wszystko przez ogromną ilość danych. Courtney Convoy i jej zespół monitorują te drapieżniki stepowe od dziesięcioleci. Miały mnóstwo numerów. Tylu.
„Początkowo wybraliśmy ten gatunek do badań… głównie ze względu na jego ogromny zasięg geograficzny” – mówi główny autor Kert Ongman.
Naukowcy chcieli wiedzieć, czy ten konkretny gatunek podąża za klasycznym gradientem równoleżnikowym. Odpowiedź? Tak.
Gyrfalcons w chłodniejszych regionach północnych są cięższe. Mają dłuższe skrzydła. Wzór jest obecny i wyraźnie widoczny. Ale same wzorce nie wyjaśniają mechanizmów. Możesz zobaczyć że drzewo jest wysokie, nie rozumiejąc dlaczego korzenie są głębokie.
Zespół musiał się dowiedzieć: czy różnice w wielkości są uwarunkowane genetycznie? Czy to efekt rozwoju? A może po prostu reakcja na to, co ptaki zjadły w zeszłym tygodniu?
Trzy teorie
Aby określić siłę napędową, badacze musieli oddzielić skale czasowe.
Studiowali:
- Dziedziczna adaptacja do lokalnych ekstremalnych temperatur (efekt długoterminowy).
- Ograniczenie rozwoju na skutek stresu w młodym wieku (efekt średnioterminowy).
- Odwracalne wahania wagi spowodowane niedawną dostępnością pożywienia (efekt krótkotrwały).
Dane zebrano od 5597 indywidualnych osób. To ogromna ilość kości i pomiarów masy.
Pomiary objęły 54 miejsca w zachodniej części Stanów Zjednoczonych. 1600 kilometrów szerokości geograficznej. Od poziomu morza do wysokości ponad 2000 metrów. Od 2000 do 2200 (prawdopodobnie chodzi o lata badań lub inne współrzędne, ale tak podaje tekst). Dane te zmieszano z informacjami o suszy z Krajowych Centrów Informacji o Środowisku (NCEI), wskaźnikami ekologii roślinności z NASA i danymi klimatycznymi z Uniwersytetu Stanowego Oregon.
Rezultatem jest swego rodzaju ekologiczny model „kawałka”.
Co pozostaje takie samo, a co się zmienia
Wyniki rozdzieliły cechy na podstawie tego, jak „nieruchomo” się wydawały.
Długość stępu (kostek łapy) pozostała prawie niezmieniona. Jest to element konstrukcyjny, który ma tendencję do pozostawania trwałym. Rzeczywiście, było to silnie skorelowane z długoterminowymi średnimi temperaturami. Wskazuje to na dziedziczną adaptację. Przez pokolenia ptaki na północy rozwinęły stopy przystosowane do zimna.
Masa ciała dorosłego człowieka i długość skrzydeł opowiadały inną historię.
Znaki te są plastikowe. Zmieniają się. Korelowały one ze średnią temperaturą z 21 lat w taki sam sposób jak łapy, ale z ważnym zastrzeżeniem.
Na każdy stopień Celsjusza wzrostu temperatury masa ciała dorosłych spadała o 0,41%. Skrzydła stały się krótsze o 0,16%.
To nie była tylko reakcja na pogodę. Było to zlokalizowane, dziedziczne zmniejszenie rozmiaru w cieplejszych strefach. Natura „skraca” rozmiar tam, gdzie jest gorąco.
Pułapka na młode zwierzęta
Ale tutaj robi się lepko.
A co z masą ciała młodych osobników? Nie obchodziły ją średnie z 21 lat. Była reakcją na ubiegłoroczną suszę.
Jeśli okres godowy w roku poprzedzającym wylęg był gorący i suchy, merliny te były mniejsze. Dlaczego?
Dostępność zasobów. Ciepło wpływa na owady. Mniej owadów powoduje stres u samic. Zestresowane samice składają jaja lub karmią pisklęta, które rozpoczynają życie z deficytem. To efekt przeniesienia.
I to dotknęło także dorosłych.
Ekstremalne upały i susza w zeszłym roku spowodowały skrócenie kości piszczelowych u młodych dorosłych. Stres cieplny i ograniczenia zasobów rzeczywiście ukształtowały ich wzrost strukturalny. To nie była tylko zmiana wagi; było to zahamowanie rozwoju kości z powodu głodu i gorąca.
Okno sześciomiesięczne
Przyjrzyjmy się teraz zmianom krótkoterminowym.
Sześć miesięcy przed pomiarem w regionie wystąpiły ulewne deszcze. Nagle zasoby wzrosły. I żyrfalkony zareagowały.
Wzrost skrzydeł i masa ciała dorosłych osobników zmieniały się szybko.
To dowodzi, że te ptaki nie są osadzone w kamieniu. Mogą przybrać na wadze, gdy jedzenie stanie się dostępne. Mogą się zmniejszyć, gdy znikną. Są to odwracalne oscylacje spowodowane natychmiastową dostępnością pożywienia.
Więc kto wygrywa?
Wyniki są mieszane.
Obowiązuje reguła Bergmana. Ale silnik, który go napędza, to hybryda.
Istnieje rdzeń genetyczny – długość podudzia, podstawowy rozmiar – ustalany przez długoterminową adaptację termiczną. Następnie są tkanki miękkie i niektóre elementy strukturalne – masa, skrzydła – które ulegają wahaniom w wyniku krótkotrwałych szoków zasobów. Jest też pokolenie młodych ludzi, które noszą blizny złych lat swoich rodziców.
„Ogólnie rzecz biorąc, chociaż znaleźliśmy ogólne poparcie dla reguły Bergmanna, leżące u jej podstaw mechanizmy różniły się w zależności od tego, czy cecha była plastyczna… czy bardziej stała” – pisze Ongman.
Przyszłe badania będą musiały śledzić poszczególne ptaki przez całe ich życie. Wiarygodne określenie wieku żyrfalkonów jest trudne. Ale bez tego nie będziemy w stanie całkowicie oddzielić plastyczności rozwojowej od czystej adaptacji.
Musimy także lepiej zrozumieć migrację. Czy żyrfalkony, które migrują, i te, które pozostają na miejscu, reagują inaczej? Strategie lokomocyjne oddziałują z morfologią w sposób, który dopiero zaczynamy rozumieć.
Zmiana klimatu to coś więcej niż tylko wykres rosnących temperatur. To jest przepis na suszę. To zakłócenie łańcucha pokarmowego. A to uderza w te ptaki w ich najbardziej bezbronnym etapie: na początku życia.
Które populacje są najbardziej narażone? Prawdopodobnie te w najbardziej suchych strefach, gdzie słabe lato oznacza mniejsze następne pokolenie, które może nigdy nie odzyskać swoich pierwotnych rozmiarów.
Zasada obowiązuje. Ale gyrfalcon? Gyrfalcon jest złożony.
