Gdy populacje owadów zmniejszają się na całym świecie w tym, co niektórzy nazywali „apokalipsą owadów”, biolodzy desperacko desperacko ustalią, w jaki sposób sześcionożne stworzenia reagują na ocieplający się świat oraz przewidzieć długoterminowych zwycięzców i przegranych.
Nowe badanie Kolorado Grasshoppers pokazuje, że chociaż odpowiedzi są skomplikowane, biolodzy mają dużą wiedzę, których potrzebują, aby dokonać tych prognoz i przygotować się do konsekwencji.
Ustalenia, opublikowane 30 stycznia w czasopiśmie PLOS Biology, pojawiają się dzięki poważnemu odkryciu 13 000 koników polnych zebranych z tego samego miejsca w Kolorado w latach 1958–1960 przez biologa z University of Colorado Boulder (CU Boulder). Po przedwczesnej śmierci naukowca w 1973 r. Kolekcja została uratowana przez jego syna i przekazana muzeum CU, gdzie leżało do 2005 r., Kiedy César Nufio, wówczas doktorant, odkrył go na nowo. Nufio postanowił kuratować kolekcję i zainicjował powtórkę tych samych witryn, aby zebrać więcej koników polnych.
Nowo zebrane owady pozwoliły Nufio i jego koledzy – Caroline Williams z University of California, Berkeley, Lauren Buckley z University of Washington w Seattle i Monica Sheffer, która ma umówić się na obie instytucje – na ocenę wpływu na wpływ na wpływ na wpływ na wpływ na to Zmiany klimatu w ciągu ostatnich 65 lat na rozmiarach sześciu gatunków koniki polnej. Ponieważ owady są zimnokrwiste i nie generują własnego ciepła, ich temperatury i tempo rozwoju i wzrostu są bardziej wrażliwe na ocieplenie w środowisku.
Pomimo wielu spekulacji, że zwierzęta zmniejszą rozmiar, aby zmniejszyć stres cieplny, gdy klimat się rozgrzewa, biolodzy stwierdzili, że niektóre gatunki koniki polnej faktycznie stały się większe przez dziesięciolecia, wykorzystując wcześniejszą wiosnę, by ubić na zieleni. Działało to tylko dla gatunków, które zimują jako nieletni – etap zwany diapauzą nimfalną – a zatem może zacząć odejść na wiosnę. Gatunki, które wykluwają się wiosną z jaj ułożonych jesienią – diapai jaja – nie miały takiej przewagi i stały się mniejsze na przestrzeni lat, prawdopodobnie w wyniku wcześniejszego wyschnięcia roślinności.
„Badania te podkreślają, że z pewnością będą gatunki, które są zwycięzcami i przegranymi, ale podgrupy w populacjach tych gatunków, w zależności od kontekstu ekologicznego lub środowiskowego, będą miały różne reakcje” – powiedział Sheffer.
Autorzy nowego badania przewidywali wiele z tego w oparciu o cykle życia koników polnych i warunków środowiskowych na miejscu.
„Usiedliśmy i spojrzeliśmy na wszystko, co było znane o systemie, na przykład gradienty wysokościowe i jak to powinno modyfikować odpowiedzi i jak różne koniki polne mogą zareagować, z całym bogactwem informacji, które znaliśmy o ich historii naturalnej. I choć nie wszystkie nasze Wspierano prognozy, wiele z nich było – powiedział Williams, przewodniczący John L. i Margaret B. Gompertz w biologii integracyjnej w UC Berkeley.
„Zrozumienie, jakie gatunki prawdopodobnie będą zwycięzcami, a przegrani ze zmianami klimatu było jak dotąd trudne” – powiedział Buckley. „Mam nadzieję, że praca ta zaczyna wykazać pewne zasady, dzięki którym możemy poprawić prognozy i wymyślić, jak odpowiednio zareagować na zmiany ekosystemu wynikające ze zmian klimatu”.
Uratowane polary polowane
65-letnia kolekcja Grasshopper została zgromadzona przez entomologa Gordona Alexandra z CU Boulder przez trzy lata. Nie tylko zebrał i zamontował okazy z działek w skalistych górach w pobliżu Boulder, ale także udokumentował czas sześciu różnych etapów życiowych koników polnych. Jego śmierć w katastrofie lotniczej w 1973 r. Pozostawiła okazy, przypięte w zgrabnych rzędach w 250 drewnianych pudełkach, w zawieszeniu, dopóki Nufio nie natknął się na nich w 2005 r. I rozpoznał ich wartość, jeśli można je dziś porównać z polną.
Kolekcje muzealne stały się nieocenione w długoterminowych badaniach skutków zmian klimatu, czego przykładem jest badanie ssaków, ptaków, gadów i płazów przeprowadzonych w latach 1904–1940 przez Josepha Grinnella z Muzeum Zoologii Królestwa UC Berkeleya. Ostatnie wznowienie tych samych obszarów 100 lat później Grinnell pomógł biologom udokumentować wpływ zmian klimatu na dziką przyrodę w Kalifornii.
Nufio i wielu innych ostatecznie zebrało około 17 000 nowych okazów koników polnych z tych samych lub podobnych miejsc wokół Boulder. Podczas gdy nowy artykuł jako pierwszy zgłosił zmiany wielkości koniki polnej w latach 1960–2015, autorzy wykorzystali wcześniejsze badania w laboratorium i z działek eksperymentalnych, aby zrozumieć, dlaczego znaleźli wzorce, które zrobili.
Owady pochodziły z dużej grupy koników polnych nieopisanych w rodzinie Acrididae, które są tak zwanymi grashoperami. Większość z nich była uogólniona, choć pewna specjalizowana w trawach. Dwa gatunki (Eritettix Simplex i Xanthippus corallipes) to diapauserki nimfalne, osiągając dorosłość już w maju; Dwa (aeropedellus clavatus i melanoplus boulderensis) były diapausami jaj we wczesnym sezonie, dojrzewających w połowie czerwca; a dwa (Camnula Pellucida i Melanoplus sanguinipes) były diapausami jaj w późnym sezonie, dojrzewających pod koniec lipca.
Naukowcy stwierdzili, że diapauserki nimfy wzrosły wielkości na niższych wysokościach, około 6000 stóp, podczas gdy wczesne i późne wyłanianie się z jaj zimujących w ciągu dziesięcioleci na tych wysokościach.
„Dla tych, którzy wychodzą pod koniec sierpnia, kiedy jest bardzo chrupiący i suchy i uzyskujemy bardzo gorące temperatury, widzieliśmy najbardziej negatywny wpływ zmian klimatu” – powiedział Williams.
Jedną rzeczą, która zaskoczyła badaczy, było to, że żaden z gatunków nie wzrósł wielkości na wyższych wysokościach, do około 13 000 stóp, pomimo faktu, że letnie ocieplenie z powodu zmian klimatu jest większe na wyższych wysokościach. Może to być spowodowane tym, że na wyższych wysokościach śnieg hamuje ekologiczność wczesnego sezonu, zmniejszając zaopatrzenie w żywność. Wyniki potwierdzają to, co zespół znalazł, gdy znalazł się w klatkach polowych na różnych wysokościach, aby zobaczyć, jak dostosowują się do wzrostu podwyższenia ciepła i suchości.
„Dane są spójne z polodowcami albo mogą skorzystać z ocieplenia, stając się większym i wychodząc wcześniej, albo koniki polne, aby doświadczyć stresu i zmniejszające się” – powiedział Buckley.
Inne eksperymenty przeprowadzone przez Buckleya na motyle pokazują niektóre z tych samych trendów.
„Znajdujemy dość podobne przesłanie z motylami, co jest dla mnie pełne nadziei, ponieważ jeśli możemy rozważyć podstawowe zasady biologiczne, naprawdę zwiększamy naszą zdolność do przewidywania reakcji na zmiany klimatu” – powiedziała.
Zespół kontynuuje współpracę, aby zrozumieć zmiany metaboliczne, biochemiczne i genetyczne leżące u podstaw zmian wielkości.
„Korzystanie z tych kolekcji muzealnych pozwoliło nam cofnąć się w czasie, aby porównać dokładnie te same strony-nie było żadnych zmian w użytkowaniu gruntów przez ten 60-letni okres ocieplenia-przy użyciu dokładnie tej samej metodologii”-powiedział Williams . „Posiadanie tych unikalnych okazów historycznych pozwoliło nam spojrzeć na zmiany w czasie”.
Innymi współautorami badania są Julia Smith z University of Washington; Simran Bawa z UC Berkeley; oraz Ebony Taylor, Michael Troutman i Sean Schoville z University of Wisconsin, Madison. Prace były wspierane przez National Science Foundation (Deb-1951356, Deb-1951588, Deb-1951364).