Климат продлевает осенний сезон бабочек-монархов

В период с 2003 по 2019 год энтузиаст-любитель бабочек Харлан Рэдклифф во время обеденных перерывов наблюдал за бабочками на территории военной базы Кэмп-Додж в центральной Айове. Все эти годы, с апреля по ноябрь, Рэдклифф скрупулезно записывал даты, время, места и количество замеченных бабочек. Эти данные позволили экологу из Университета штата Монтана точно определить, как климатические изменения повлияли на миграционные пути популяции бабочек-монархов Кэмп-Додж в XXI веке. Результаты исследования опубликованы в издании Journal of Animal Ecology.

Дайан Дебински, профессор и руководитель кафедры экологии Колледжа литературы и науки Университета штата Монтана, является ведущим автором статьи, в которой подробно описываются результаты исследований, проведенных ею в Кэмп-Додж, в центре летнего ареала размножения восточных монархов. Работа финансировалась Министерством обороны США в рамках более масштабного исследования влияния изменения климата на три экологически значимых вида бабочек, которые используют земли Министерства обороны и чьи популяции сокращаются.

Дебински, одна из четырех главных исследователей проекта, возглавила изучение восточных монархов, которые зимуют в Мексике и проводят лето к востоку от Скалистых гор. Бабочки-монархи, в том числе западные монархи, зимующие в Калифорнии и проводящие лето к западу от Скалистых гор, недавно были предложены для включения в список находящихся под угрозой исчезновения в соответствии с Законом об исчезающих видах. Среди соавторов статьи — три других эколога, изучающих бабочек: Элизабет Кроун из Калифорнийского университета в Дэвисе, Соня Альтицер из Университета Джорджии и Нора Варчола из Университета штата Айова.

Команда Дебински ожидала обнаружить, что изменения окружающей среды и климата влияют на фенологию, или сроки, важных событий для популяции монархов Кэмп-Додж, включая даты прибытия и отъезда, а также сроки их пиковой летней численности. Она сообщает, что они хотели изучить фенологию бабочек и проверить, смещается ли она, и если да, то как это может повлиять на жизнеспособность популяций в долгосрочной перспективе.

Исследователи также изучили фенологические изменения растения-хозяина монархов Кэмп-Додж, обыкновенного ваточника, на котором самки откладывают яйца и который служит основным источником пищи для гусениц монархов. Ученые хотели выяснить, происходят ли какие-либо фенологические изменения в ваточнике одновременно с изменениями у бабочек. Дебински поясняет, что если один из них сдвинется, а другой нет, то может возникнуть ситуация, называемая асинхронией, когда бабочки прилетают, а ваточник еще не растет, или, возможно, растение выросло слишком рано и высохло. Для получения исторической информации о росте ваточника на Среднем Западе исследователи использовали данные гербариев в Айове, Миннесоте и Висконсине.

Полевой этап исследования был проведен в 2020 году. Яйца монарха были помещены на растения ваточника с интервалами, чтобы оценить, влияет ли сдвиг сроков весеннего прибытия монархов на развитие личинок. Одну группу поместили на две недели раньше исторической даты прибытия монархов, другую — в ожидаемую дату, а третью — примерно на две недели позже обычного.

Исследователи спланировали тест в соответствии с ожидаемым эффектом: более ранней датой весеннего прибытия монархов в Кэмп-Додж. Вместо этого, по словам Дебински, они обнаружили, что сроки прибытия монархов не изменились, но к 2019 году бабочки оставались осенью на девять дней дольше, чем в 2003 году. Наблюдаемый сдвиг для ваточника был аналогичным: растение зацветало позже, также примерно на девять дней.

Дебински утверждает, что образцы ваточника из гербария были собраны позже, что указывает на то, что они цвели дольше, а монархи находились в поле в качестве взрослых особей дольше, а это означает, что осенний сезон фактически указывал на изменение. Это означает, что необходимо больше внимания уделять фенологии осеннего сезона, учитывая, что она может иметь последствия для динамики популяции с течением времени. Более продолжительный сезон может иметь как преимущества, так и издержки.

Издержки могут включать в себя более длительное воздействие на насекомых хищников или паразитов, или создание того, что экологи называют «ловушкой развития», которая возникает, когда новое поколение вступает в фазу сезонного развития, которую оно не успевает завершить. Например, яйца могут быть отложены так поздно, что не смогут развиться во взрослых особей, или взрослые особи могут выйти из куколок, когда условия уже не подходят для осенней миграции.

Хотя полевое исследование показало, что время прибытия монархов не изменилось в период с 2003 по 2019 год, эксперимент показал, что такое изменение будет дорогостоящим. В эксперименте в Кэмп-Додж выживаемость личинок в начале сезона была выше, когда сроки вылупления совпадали с естественными сроками монархов, в то время как выживаемость была самой низкой, когда вылупление яиц сдвигалось на две недели раньше. Этот вывод может иметь значение для популяций монархов в других областях восточного ареала, особенно если виды ваточника, от которых они зависят, претерпевают иные фенологические сдвиги, чем обыкновенный ваточник.

Хотя Рэдклифф, энтузиаст, собравший первоначальные данные по Кэмп-Додж, уже скончался, Дебински подчеркивает, что наследие записей, которые он вел в течение 17 сезонов, стало «удивительным подарком» для исследования, которое также выявило, что рост популяции монархов в Кэмп-Додж снизился в период с 2003 по 2019 год — вывод, согласующийся со статистикой Службы охраны рыбных ресурсов и диких животных США, показывающей значительное снижение за последние десятилетия.

Дебински резюмирует, что обсуждения фенологии часто исключают мигрирующих бабочек, потому что они испытывают климатические условия в разных местах. Исследование показало, что даже мигрирующие виды могут демонстрировать сдвиги в фенологии. Чем больше информации о фенологии, размерах популяций и темпах роста популяций, тем лучше можно будет сохранить бабочек-монархов и многие другие виды, вызывающие озабоченность с точки зрения сохранения.