Летом 2022 года в Северном полушарии произошла очередная волна экстремальной жары, охватившая Евразию, Северную Америку и север Африки, что стало суровым напоминанием о том, что такие условия становятся новой нормой.
Эти события могут оказать разрушительное воздействие на дикую природу. Например, в последние годы сообщения о масштабной гибели птиц стали регулярными, что мы наблюдали в Патагонии, Аргентине и Испании.
Эти события подчеркивают необходимость понимания способности птиц (и других животных) переносить экстремальную жару. Эта информация будет важна для прогнозирования того, где и когда в будущем могут произойти смертельные события. Она также может подсказать нам, какие виды пострадают больше всего.
Интересно, что когда мы провели исследование, чтобы измерить, сколько тепла могут выдержать 53 вида птиц в южной Африке, мы обнаружили, что виды сильно различаются по тому, как они переносят жару.
Что особенно важно, температура тела птиц, которую мы называем "максимально переносимой температурой тела", неожиданно отличалась у видов птиц из разных климатических регионов. Это говорит о том, что птицы из разных климатических зон по-разному переносят экстремальную жару.
Это важный вывод. Предыдущие исследования предполагали, что реакция температуры тела на экстремальные температуры воздуха у птиц схожа у разных видов. Предсказания о том, насколько птицы уязвимы к изменению климата, были смоделированы с учетом этого предположения.
Наше исследование показывает, что реальность сложнее. Птицы могли эволюционировать в зависимости от места проживания, чтобы иметь различия в таких признаках, как температура тела и способность переносить жару.
Предположение о том, что все птицы одинаково переносят тепло, может привести к прогнозам, которые не отражают, насколько они действительно уязвимы к глобальному потеплению. Чтобы повысить точность таких прогнозов, необходимо учитывать пределы температуры тела конкретных видов.
Регулирование температуры тела в жару
В нашем исследовании изучены 53 вида птиц из жарких засушливых, прохладных горных или теплых влажных прибрежных регионов южной Африки.
Мы предположили, что птицы из разных климатических зон отличаются по реакции температуры тела на экстремальные температуры воздуха. Мы проверили эту гипотезу, измерив температуру тела птиц, скорость метаболизма и испарительную потерю воды при повышении температуры воздуха. (Потеря воды в основном происходит, когда птица набрасывает штаны, что позволяет ей охладиться).
Нас особенно интересовала максимальная температура тела птиц. Мы измерили ее непосредственно перед тем, как у птиц появились такие симптомы, как потеря координации и неконтролируемое повышение температуры тела. Оба этих симптома связаны с началом тяжелой гипертермии, или перегрева.
Мы обнаружили, что пустынные птицы спокойно переносят температуру воздуха выше 50°C без резкого повышения температуры тела. Они поддерживали температуру тела ниже примерно 44,5°C.
Напротив, птицы из более теплых и влажных регионов переносили температуру воздуха выше 40 градусов до появления признаков тяжелой гипертермии. Температура их тела повышалась в среднем почти на шесть градусов выше нормального уровня 38-41°C.
Как правило, большие колебания температуры тела птицы во время экстремального воздействия тепла говорят о том, что птица не способна поддерживать (или терморегулировать) оптимальную температуру тела.
Однако один из видов, красноклювая особь quelea, обитающая на большей части Африки к югу от Сахары, смогла перенести повышение температуры тела до поразительных 48°C без каких-либо болезненных последствий. Ранее считалось, что это физиологически невозможно для птиц.
Эволюция теплоустойчивости
Почему у птиц развилась устойчивость к таким высоким температурам тела?
Ответ, как нам кажется, заключается в том, что птицы из более влажных районов приспособились меньше полагаться на испарительное охлаждение в жаркую погоду.
Испарительное охлаждение - это когда птица теряет тепло, пыхтя через рот или по другим путям. Это единственный способ отвода тепла, когда температура окружающей среды выше температуры тела птицы. Таким образом, способность переносить высокую температуру тела позволяет птице выжить во влажной местности, где она не может терять много тепла, пыхтя.
По сути, птицы, эволюционировавшие во влажном климате, выживают в экстремально жаркую погоду, перенося гипертермию. В отличие от них, птицы пустынь используют высокоэффективное испарительное охлаждение, чтобы избежать гипертермии.
Это позволяет предположить, что воздействие различных климатических условий привело к эволюции различий в температуре тела и теплоустойчивости у птиц из разных климатических зон.
Защита птиц от жары
Результаты нашего исследования имеют большое значение для понимания рисков, связанных с экстремальными волнами жары для птиц и других диких животных. Например, наши результаты подтверждают предыдущие подозрения о том, что певчие птицы, которые составляют более половины всех видов птиц на Земле, особенно уязвимы к тепловым волнам.
Разработка стратегий по смягчению последствий этих явлений для птиц и других диких животных имеет решающее значение, поскольку экстремальные тепловые явления становятся все более регулярными и широко распространенными на юге Африки. Они представляют собой растущий риск для замечательного биоразнообразия региона.
Эти риски были драматически проиллюстрированы в северной части Квазулу-Натал, Южная Африка, 8 ноября 2020 года, когда температура воздуха в районе Понгола к середине дня поднялась до 45°C. Это привело к гибели огромного количества птиц. Это привело к гибели огромного количества птиц. Примерно 90% птичьих тушек, найденных полевыми егерями в близлежащем заповеднике Фонголо после жары, принадлежали певчим птицам.
Управленческие мероприятия на охраняемых территориях могут снизить вероятность смертности в будущем. Например, поддержание тенистой растительности обеспечивает прохладные места, где птицы могут укрыться от сильной жары. Свободные источники воды также повышают вероятность того, что птицы смогут поддерживать температуру тела ниже смертельного уровня.
Однако, в конечном счете, единственным способом предотвратить масштабные потери птичьего биоразнообразия из-за быстрого глобального потепления является быстрая декарбонизация экономики и глобальный переход на возобновляемые источники энергии.
Марк Тревор Фриман получает финансирование от Национального исследовательского фонда.
Эндрю Маккехни получает финансирование от Национального исследовательского фонда. Он занимает Южноафриканскую исследовательскую кафедру по физиологии охраны природы, организованную Южноафриканским национальным институтом биоразнообразия и совместно с Университетом Претории.