Если бы в сериале "Грязная работа" речь шла не только о людях, но и о животных, он, вероятно, начался бы с навозных жуков. Эти трудолюбивые животные являются одними из самых важных переработчиков отходов в мире насекомых. Они поедают и закапывают навоз многих других видов, перерабатывая питательные вещества и улучшая почву.
Навозные жуки встречаются на всех континентах, кроме Антарктиды, в лесах, лугах, прериях и пустынях. И сейчас, как и многие другие виды, они справляются с последствиями изменения климата.
Я эколог, который почти 20 лет изучает навозных жуков. Мои исследования охватывают тропические и умеренные экосистемы и посвящены тому, как эти полезные животные реагируют на изменения температуры.
Насекомые не используют внутреннее тепло для поддержания температуры тела. Взрослые особи могут предпринимать такие действия, как перемещение в более теплые или холодные районы. Однако ранние стадии жизни, такие как личинки, часто менее подвижны, поэтому изменение температуры может сильно повлиять на них.
Но у навозных жуков, похоже, есть защита: я обнаружил, что взрослые навозные жуки изменяют свое гнездовое поведение в ответ на изменения температуры, закапывая свои выводковые яйца глубже в почву, что защищает их развивающееся потомство.
Чемпионы по переработке отходов
Легко шутить над этими занятыми насекомыми, но, собирая и закапывая навоз, навозные жуки обеспечивают множество экологических преимуществ. Они перерабатывают питательные вещества, аэрируют почву, уменьшают выбросы парниковых газов от животноводства и сокращают популяции вредителей и паразитов, которые вредят домашнему скоту.
Навозные жуки также являются важными вторичными рассеивателями семян. Навоз других животных, таких как медведи и обезьяны, содержит семена, которые жуки закапывают под землю. Это защищает семена от поедания, повышает вероятность их прорастания и улучшает рост растений.
В мире насчитывается около 6 000 видов навозных жуков. Большинство из них питается исключительно навозом, хотя некоторые питаются мертвыми животными, разлагающимися фруктами и грибами.
Некоторые виды используют звезды и даже Млечный путь для навигации по прямым путям. Один из видов, жук-навозник (Onthophagus taurus), является самым сильным в мире насекомым, способным тянуть на себя груз, в 1000 раз превышающий вес его собственного тела.
Эта сила пригодится для самого известного поведения жуков-навозников - сбора навоза.
Прокатка и проходка
На самых популярных изображениях жуков-навозников они изображены собирающими навоз и скатывающими его в шары, чтобы потом выпустить дух. На самом деле, некоторые виды жуков скатывают навоз, а другие - прокладывают туннели, которые роются в земле под навозной кучей, спускают навоз в туннель и собирают его в комок или шар, называемый выводковым шаром. Затем самка откладывает по яйцу в каждый выводковый шар и засыпает туннель почвой. Роллеры делают то же самое, как только они убирают свой навозный шар в безопасное место от конкурентов.
Когда из яйца вылупляется личинка, она питается навозом из выводкового шара, окукливается и выходит на поверхность в виде взрослой особи. Таким образом, она проходит полный метаморфоз - от яйца к личинке, куколке и взрослой особи - внутри выводкового шара.
При более теплых температурах жуки становятся меньше
Родители навозных жуков не заботятся о своем потомстве, но их поведение в гнезде влияет на следующее поколение. Если самка помещает выводковый шар глубже под землю, личинка в выводковом шаре испытывает более прохладную и менее изменчивую температуру, чем вблизи поверхности.
Это важно, поскольку температура во время развития может повлиять на выживание потомства и другие признаки, такие как размер тела взрослой особи. Если температура слишком высокая, потомство погибает. Ниже этой точки более теплые и изменчивые температуры приводят к появлению жуков с меньшим размером тела, что может повлиять на репродуктивный успех следующего поколения.
#Сегодня утром мы увидели навозного жука! Так здорово наблюдать, как этот маленький питомец катится, а потом медленно закапывает свой приз. Спасибо моему малышу за то, что заметил его на тропинке! #wildflorida pic.twitter.com/mjTsM0Q36W- Dr. Chelsey Crandall (@ChelseyCrandall) September 3, 2019
Мелкие самцы не могут конкурировать так же хорошо, как крупные самцы, а у мелких самок репродуктивная способность ниже, чем у крупных. Кроме того, мелкие жуки удаляют меньше навоза, поэтому они приносят меньше пользы людям и экосистемам, например, обеспечивают круговорот питательных веществ.
Жуки в теплице
В результате изменения климата температура во многих частях света становится более изменчивой. Это означает, что насекомым и другим видам приходится справляться не только с более теплыми температурами, но и с более сильными изменениями температуры изо дня в день.
Чтобы изучить реакцию взрослых навозных жуков на температурные сдвиги, связанные с изменением климата, я сконструировал конусообразные мини-теплицы, которые помещались в 7-галлонные ведра, зарытые в землю до краев. Уилл Киркпатрик, студент бакалавриата в моей лаборатории, руководил полевыми испытаниями.
Мы случайным образом поместили оплодотворенную самку радужного скарабея, Phanaeus vindex, в каждое ведро в теплице и в такое же количество незакрытых ведер в качестве контроля. Используя регистраторы температуры, размещенные на четырех глубинах в ведрах, мы убедились, что температура почвы в "тепличных" ведрах была теплее и более изменчива, чем температура почвы в незакрытых ведрах.
Мы давали жукам свежий коровий навоз каждые два дня в течение 10 дней и позволили им сделать выводковые яйца. Затем мы тщательно перерыли ведра и записали количество, глубину и размер выводковых яиц в каждом ведре.
Копаем глубже
Мы обнаружили, что самки жуков в тепличных условиях в целом создали больше выводковых яиц, что эти выводковые яйца были меньше, и что эти самки зарыли свои выводковые яйца глубже в почву, чем самки жуков в контрольных ведрах. Выводковые яйца в теплицах все еще находились в местах, которые были немного теплее, чем в контрольных ведрах - но не настолько теплых, как если бы жуки-матери не изменили своего гнездового поведения.
Однако, зарывшись поглубже, взрослые особи полностью компенсировали колебания температуры. Не было никакой разницы в колебаниях температуры, которые испытывали выводковые яйца в тепличных и контрольных ведрах. Это отражает тот факт, что температура почвы становится все более стабильной с глубиной, поскольку почва становится все более изолированной от меняющейся температуры воздуха над ней.
Наши результаты также указывают на возможный компромисс между глубиной закапывания и размером выводкового яйца. Жуки-матери, которые зарывались глубже, защищали свое потомство от изменений температуры, но обеспечивали меньшее количество помета в выводковых яйцах. Это означает, что развивающееся потомство получает меньше питания.
Изменение климата все еще может повлиять на взрослых навозных жуков так, как мы не проверяли, что может иметь последствия для следующего поколения. В дальнейшей работе мы планируем поместить выводковые яйца Phanaeus vindex и других видов навозных жуков обратно в теплицу и контрольные ведра на ту глубину, на которой они были закопаны, чтобы увидеть, как развивается и выживает потомство жуков.
Однако пока мои коллеги и я с воодушевлением обнаружили, что эти трудолюбивые жуки могут изменять свое поведение таким образом, что это может помочь им выжить в меняющемся мире.