Правило Бергмана звучит предельно просто: в холодном климате животные крупнее, в жарком — мельче. Всё ясно?
Это правило выдержало проверку почти двумя столетиями. Однако история с кречетами (burrowing owls) по всей Северной Америке оказывается гораздо сложнее. Гораздо сложнее.
Новые данные лаборатории Конвоя из Университета Айдахо показывают: эти птицы — не только результат медленной, стабильной эволюции. Они также становятся жертвами собственного раннего детства и того, что попадает им на тарелку в текущий момент.
География имеет значение, но не меньшую роль играет то, что происходит с птенцом кречета, когда лето выжигает землю.
Проверка градиента
Почему именно кречеты?
Дело не в том, что это самые гламурные хищные птицы. А всё из-за огромного объема данных. Кортни Конвой и ее команда наблюдают за этими хищниками сухих степей уже десятилетиями. У них было много цифр. Очень много.
«Изначально мы выбрали этот вид для исследования… во многом из-за колоссального географического охвата», — говорит ведущий автор Керт Онгмен.
Ученые хотели узнать, следует ли этот конкретный вид классическому широтному градиенту. Ответ? Да.
Кречеты в более прохладных северных регионах тяжелее. У них длиннее крылья. Паттерн присутствует и виден отчетливо. Но сами по себе паттерны не объясняют механизмы. Можно видеть что дерево высокое, не понимая почему корни ушли глубоко.
Команде нужно было выяснить: обусловлены ли различия в размерах генетически? Это результат развития? Или просто реакция на то, что птицы ели на прошлой неделе?
Три теории
Чтобы определить движущую силу, исследователям пришлось разделить временные масштабы.
Они изучили:
- Наследуемую адаптацию к локальным термическим экстремумам (долгосрочный эффект).
- Ограничение развития из-за стресса в раннем возрасте (среднесрочный эффект).
- Обратимые колебания массы из-за недавнего наличия пищи (краткосрочный эффект).
Данные были собраны с 5597 отдельных особей. Это огромное количество костей и измерений массы.
Измерения охватили 54 площадки на западе США. 1600 километров широты. От уровня моря до высоты более 2000 метров. С 2000 по 2200 год (вероятно, имеются в виду годы исследований или другие координаты, но в тексте указано именно так). Эти данные были смешаны с информацией о засухе из Национальных центров экологической информации (NCEI), показателями зелености растительности от NASA и климатическими данными из Орегонского государственного университета.
Получилась своего рода экологическая «срезовая» модель.
Что остается неизменным, а что колеблется
Результаты разделили признаки в зависимости от того, насколько они казались «неподвижными».
Длина тарзуса (костяшки лапы) почти не менялась. Это структурный элемент, который имеет тенденцию оставаться постоянным. И действительно, она тесно коррелировала с долгосрочными средними температурами. Это свидетельствует о наследуемой адаптации. Птицы на севере в течение поколений выработали лапы, приспособленные к холоду.
Масса тела взрослых особей и длина крыльев рассказали другую историю.
Эти признаки пластичны. Они меняются. Они коррелировали со средними температурами за 21 год так же, как и лапы, но с важной оговоркой.
На каждый градус Цельсия повышения температуры масса тела взрослых особей падала на 0,41%. Крылья становились короче на 0,16%.
Это была не просто реакция на погоду. Это было локальное, наследуемое снижение размера в более теплых зонах. Природа «укорачивает» размеры там, где жарко.
Ловушка для молодняка
Но здесь становится липко.
А как насчет массы тела молодых особей? Она не заботилась о средних показателях за 21 год. Она реагировала на засуху предыдущего года.
Если брачный сезон в год, предшествующий вылуплению, был жарким и сухим, эти кречеты оказывались меньше. Почему?
Доступность ресурсов. Жара влияет на насекомых. Меньше насекомых приводит к стрессу у самок. Стрессовые самки откладывают яйца или выкармливают птенцов, которые начинают жизнь с дефицита. Это эффект «переноса».
И это затронуло взрослых тоже.
Экстремальная жара и засуха в предыдущем году привели к укорочению костей голени у молодых взрослых особей. Тепловой стресс и лимиты ресурсов действительно сформировали их структурный рост. Это было не просто изменение веса; это было торможение развития костей из-за голода и жары.
Шестимесячное окно
А теперь посмотрим на краткосрочные изменения.
За шесть месяцев до измерения в регионе прошли сильные дожди. Внезапно ресурсы увеличились. И кречеты отреагировали.
Рост крыльев и масса тела взрослых особей изменились стремительно.
Это доказывает, что эти птицы не застывают в камне. Они могут набирать массу, когда появляется еда. Они могут уменьшаться, когда она пропадает. Это обратимые колебания, управляемые немедленной доступностью пищи.
Так кто же выигрывает?
Выводы неоднозначны.
Правило Бергмана действует. Но двигатель, приводящий его в движение, — гибрид.
Есть генетический стержень — длина голени, базовый размер, — заданный долгосрочной термической адаптацией. Затем есть мягкие ткани и некоторые структурные элементы — масса, крылья, — которые колеблются из-за краткосрочных шоков ресурсов. И есть поколение молодняка, носящее шрамы от плохого года их родителей.
«В целом, хотя мы нашли общую поддержку правилу Бергмана, лежащие в его основе механизмы различались в зависимости от того, был ли признак пластичным… или более фиксированным», — пишет Онгмен.
Будущим исследованиям потребуется отслеживать отдельных птиц на протяжении всей их жизни. Надежное определение возраста кречетов сложно. Но без этого мы не сможем полностью отделить пластичность развития от чистой адаптации.
Нам также нужно лучше понять миграцию. Отвечают ли по-разному кречеты, которые мигрируют, и те, что остаются на месте? Стратегии передвижения взаимодействуют с морфологией так, как мы только начинаем понимать.
Изменение климата — это не просто график повышения температуры. Это рецепт для засухи. Это нарушение пищевой цепи. И это бьет по этим птицам в самый уязвимый этап: в начале жизни.
Какие популяции наиболее уязвимы? Вероятно, те, что находятся в самых засушливых зонах, где плохое лето означает появление следующего поколения меньшего размера, которое может никогда не восстановить свои исходные размеры.
Правило действует. Но кречет? Кречет сложен.
