В мире природы время биологических событий, таких как распускание цветов весной или вылупление гусениц, имеет решающее значение. Этой теме посвящена целая научная дисциплина – фенология. Фенология тесно связана со сменой времен года, однако в меняющемся мире исследователи все чаще обнаруживают нарушения в тонком балансе, лежащем в основе сроков, в которые происходят те или иные события в жизни организмов, и их экологических взаимодействий.
Команда экологов под руководством Дайцзяна Ли из Аризонского университета, в новом исследовании, опубликованном в Nature Climate Change, подробно изучила, как экстремальные погодные явления влияют на фенологические процессы, в частности, на период лёта бабочек и мотыльков, а также на время цветения растений на территории США.
Экстремальные явления, такие как аномальная жара, резкие похолодания, сильные дожди и засухи, несмотря на их значительное влияние на биологические системы, часто упускаются из виду в исследованиях. Ученые больше внимания уделяют постепенным изменениям средних климатических условий. В результате, по словам Ли, существует критический пробел в знаниях, когда речь заходит об экологических последствиях экстремальных погодных явлений для организмов, популяций и экосистем в условиях текущего и будущего изменения климата.
Ли, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Университета Аризоны, отмечает, что большинство исследований сосредоточено на климатических переменных или сезонности, таких как среднегодовые температуры или среднее количество осадков. Однако, по его словам, люди реагируют и принимают решения в ответ на непосредственный стресс окружающей среды, а не на 10-летний тренд.
Ли и его соавторы утверждают, что для улучшения прогнозов того, как фенология растений и животных реагирует на глобальные изменения, важно учитывать экстремальные погодные явления. Команда Ли обнаружила, что, хотя средняя температура играет важную роль в фенологии растений и насекомых, влияние экстремальных погодных условий столь же значимо, как и другие, часто изучаемые переменные.
Ли говорит, что результаты исследования убедительно свидетельствуют о том, что экстремальные погодные явления и климатический контекст, в котором они происходят, имеют решающее значение для понимания фенологической реакции растений и насекомых.
Исследование также показало, что экстремальные погодные явления не только напрямую влияют на растения и насекомых, но и взаимодействуют с климатическими переменными. Например, Ли объясняет, что экстремально жаркие и экстремально сухие периоды могут иметь кумулятивный эффект на фенологию. Он также отмечает, что эти переменные не происходят изолированно и, скорее, взаимодействуют друг с другом и с климатическими переменными, определяя фенологию растений и насекомых в целом.
Исследователи проанализировали данные, собранные гражданскими учеными с помощью iNaturalist, популярного приложения для любителей природы, которое позволяет пользователям идентифицировать виды растений и животных в полевых условиях, фотографировать и загружать их в базу данных. Они объединили данные iNaturalist с ежедневными данными о погоде, зарегистрированными с 1980 по 2022 год.
Ли сообщает, что они рассмотрели около 581 вида покрытосеменных (цветковых растений) и летающих взрослых особей 172 видов чешуекрылых (бабочек и мотыльков) с 2016 по 2022 год, изучили закономерности пространственного распределения, то, как экстремальные погодные явления влияют на фенологию этих растений и насекомых, а также то, одинаково или по-разному растения и насекомые реагируют на экстремальные погодные явления.
Особую озабоченность, по словам Ли, вызывают нарушения тонких взаимоотношений между определенными видами, которые зависят друг от друга в плане выживания, например, между юккой и юкковой молью. Маленькая беловатая моль хорошо сливается с белыми цветками юкки, где проводит большую часть своей взрослой жизни. Моль опыляет цветы, а юкка, в свою очередь, обеспечивает личинок моли пищей.
Ли объясняет, что если личиночные стадии насекомых слишком чувствительны к ранним весенним волнам тепла, то они могут быть более подвержены смертности при возвращении температуры к норме или во время похолоданий. Аналогично, если весна теплее, чем обычно, то растения зацветут раньше, что сделает их более уязвимыми к поздним заморозкам в течение вегетационного периода.
Тонко настроенные зависимости между видами подвержены нарушениям, вызванным как долгосрочными изменениями климата, так и краткосрочными экстремальными погодными явлениями. Если появление опылителей, таких как бабочки или мотыльки, не синхронизировано с цветением растений, опылители не смогут найти пищу, а цветы останутся неопыленными.
Хотя растения и насекомые часто демонстрируют схожие фенологические реакции на экстремальные погодные условия, реакции также могут быть совершенно разными. Например, исследователи обнаружили, что экстремальные похолодания весной побуждали взрослых бабочек и мотыльков неожиданно появляться и подниматься в небо раньше, чем обычно, в то время как начало цветения у растений в основном не менялось.
Ли утверждает, что подобные фенологические несоответствия будут иметь последствия как для растений, так и для насекомых, в результате чего пострадают обе популяции.
Ли и его соавторы – Майкл Белиц, Линдси Кэмпбелл и Роберт Гуральник из Университета Флориды в Гейнсвилле – надеются, что, включив экстремальные погодные явления в климатические модели, исследователи смогут лучше прогнозировать несоответствия и их последствия для экосистемы, а также разрабатывать эффективные планы смягчения последствий и повышения устойчивости перед лицом изменения климата.
Кэмпбелл, доцент Флоридской лаборатории медицинской энтомологии, заявила, что эта работа может быть актуальна для различных секторов, от охраны природы до продовольственной безопасности.
Гуральник, куратор отдела биоразнообразия Флоридского музея естественной истории, говорит, что ученые все еще только начинают более полно понимать, как экстремальные погодные условия влияют на насекомых и растения, что, в конечном счете, влияет на людей и продовольственную безопасность. И, по его мнению, эта работа является шагом к достижению этой цели.
