В Старом и Новом свете птицы сходно реагируют на глобальное потепление

Связь сроков прилета славки-черноголовки на Куршскую косу с весенней температурой и сроками цветения яблони в Барселоне (по: Л.В. Соколов, 2006)

Антон Морковин

Рис. 1. Некоторые из обычных для Европы видов птиц, «участвовавших» в исследовании о влиянии глобального потепления. Слева направо сверху вниз: московка, лазоревка, большая синица, длиннохвостая синица, крапивник, зарянка, лесная завирушка, черный дрозд, певчий дрозд, рябинник, деряба, садовая горихвостка, славка-черноголовка, серая славка, пеночка-весничка, садовая славка, зеленушка, зяблик, черноголовый щегол, снегирь, обыкновенная овсянка, камышовая овсянка, белая трясогузка, горная трясогузка, желтоголовый королек. Рисунок с сайта impeckable.co.uk

Сегодня едва ли удастся отыскать человека, который не слышал бы о глобальном потеплении. Влияние изменений климата на экосистемы исследуется повсеместно и в самых разных аспектах; больше всего работ посвящено изменениям фенологических показателей и ареалов обитания тех или иных организмов. О воздействии климатической динамики на численность видов известно гораздо меньше, что неудивительно, ведь собрать репрезентативные количественные данные в течение длительного ряда лет весьма непросто. Еще реже удается провести подобные исследования на большой территории и включить в них не отдельные виды, а целые сообщества. Недавняя статья в журнале Science демонстрирует блестящий пример решения такой задачи. Авторы проанализировали связь между распространением ряда европейских и североамериканских птиц и изменением климата за последние десятилетия. Выводы орнитологов оказались весьма тревожными: потепление оказывает усиливающееся воздействие на птиц и в недалеком будущем может привести к резкому снижению численности многих видов.

В последнее время все чаще говорят о том, что наш мир становится «горизонтальным», «сетевым». Централизованные организации уступают место широким и неформальным объединениям, которые совместными усилиями решают самые разные задачи. Не осталась в стороне и наука: появилось немало исследовательских проектов, в которых могут принять участие непрофессионалы. Пальма первенства здесь, безусловно, принадлежит орнитологии: во многих странах Европы уже десятилетиями действуют общества любителей птиц, которые участвуют в сборе сведений о распространении, численности и образе жизни пернатых. Результаты такой кооперации приобретают все более широкий масштаб, и свежим примером служит упомянутая выше статья.

Рис. 2. Фото наглядно демонстрирует популярность любительской орнитологии в западных странах. Фото с сайта board.dailyflix.net

За многочисленным коллективом авторов стоит целая «армия» наблюдателей, участвовавших в сборе данных. Большинство из них — не профессионалы, а любители-«бёрдвотчеры» (рис. 2; см. birdwatching), которые, впрочем, по своей квалификации порой не уступают профессиональным орнитологам. В данном случае их задачей было слежение за численностью птиц. Для этого достаточно хорошего знания видов и владения несложной методикой учета. Координация наблюдателей осуществлялась в рамках двух сетей мониторинга — PECBMS (Pan-European Common Birds Monitoring Scheme — Общеевропейская система мониторинга обычных видов птиц) в Евросоюзе и BBS (Breeding Birds Survey — Изучение гнездящихся птиц) в США. Эти программы действуют уже более 30 лет, а их результаты активно используют правительственные организации для оценки воздействия человека на окружающую среду. Анализ включал данные по 20 странам ЕС и 48 североамериканским штатам (без анклавов) с 1980 по 2010 г. Столь продолжительный период исследований, которые охватывают значительную часть континентов — пожалуй, беспрецедентный случай, предоставляющий огромные возможности для детального изучения последствий глобального потепления. Для этой цели авторы выбрали 145 европейских и 380 североамериканских видов птиц, связанных с сухопутными местообитаниями. Различия в числе видов связаны с неодинаковым богатством фаун: если в США гнездится более 780 видов птиц, то в Европе — лишь около 530. Группы включали наиболее многочисленные виды пернатых: так, в Европе они составляют примерно 89% птичьего населения. Среди них — всем известная большая синица, лазоревка, сорока, большой пестрый дятел и другие обычные виды.

О том, что потепление может играть негативную роль для многих птиц, известно уже давно. Так, в знаменитой работе Ch. Both et al., 2006. Climate change and population declines in a long-distance migratory bird было показано, что сдвиг распускания листьев березы на более ранние сроки влечет за собой изменения сроков массового развития насекомых-филлофагов (питающихся листьями). Это привело к рассогласованию годового цикла мухоловки-пеструшки и динамики ее кормовой базы: птицам стало не хватать корма для птенцов, успех размножения снизился, и в результате голландская популяция сократилась более чем на 90% всего за два десятилетия.

Впрочем, здесь оказывается справедливой поговорка «кому война, а кому мать родна»: если для одних птиц изменения климата представляют серьезную угрозу, то другим они, напротив, идут на пользу. К таким бенефициарам, в частности, относятся многие оседлые виды, круглогодично обитающие в высоких широтах. Рост зимних температур положительно сказывается на выживаемости в неблагоприятный период года, и их численность растет. Но вообще оценить эффект потепления для вида в целом довольно сложно, ведь зачастую его последствия неодинаковы в разных регионах. Скажем, если ареал вида по мере повышения температур смещается к северу, то в низких широтах ученые будут констатировать снижение численности, а в высоких — ее рост. Поэтому перед авторами нового исследования в первую очередь стояла задача выявить связь между распространением видов и различными климатическими показателями. Они включили в модель три ключевых фактора: годовую сумму температур выше 5°C, среднюю температуру самого холодного месяца года, соотношение фактической и потенциальной эвапотранспирации (объема воды, испаряемого с территории, включая испарение растений). Последний параметр характеризует засушливость климата: в сухих и жарких районах фактическое испарение намного меньше потенциально возможного. Все эти показатели могут вносить свой вклад в определение границ видовых ареалов как напрямую, так и косвенно — через воздействие на растительность, кормовые объекты, хищников, конкурентов или возбудителей болезней.

Поскольку команда авторов включала не только орнитологов, но и профессиональных статистиков, методы моделирования оказались весьма изощренными. Использовали не один, а сразу четыре метода прогнозирования, причем каждый из них включал варианты как с линейным, так и с нелинейным влиянием факторов на распространение видов. Для выбора оптимальной модели субконтиненты разделили на 9 блоков; каждую модель тестировали на «способность» предсказать ареал вида в одном из них по данным других восьми. Результаты наилучших моделей каждого из четырех типов усреднили между собой, тем самым получив «консенсусные» оценки влияния климата на ареалы. Подчеркнем, что данные по распространению видов сами по себе не включали никакой информации о динамике численности и были собраны независимо от программ мониторинга.

Выявив климатические параметры, задающие область распространения каждого вида, ученые проследили их изменения с 1980 по 2010 год по данным метеонаблюдений. Эти изменения сопоставили с предпочтениями птиц: для каждого вида построили тренды климатической пригодности (climate suitability trends, CST), демонстрирующие ожидаемые изменения площади ареала, и, как следствие, численности этого вида. Тем самым был получен ретроспективный прогноз динамики численности видов за три десятилетия, основанный исключительно на изменениях климата. Понятно, что климат — далеко не единственный фактор, влияющий на численность, а сам характер этого влияния может быть неодинаковым в зависимости от особенностей того или иного вида. К примеру, давно известно, что глобальное потепление и уменьшение числа пиратов шли сходными темпами, но значит ли это, что между тем и другим есть причинная взаимосвязь? Вряд ли. Чтобы избежать подобных ошибочных выводов, авторы включили в модель не только CST, но и три базовых характеристики изучаемых видов — массу тела, предпочитаемые гнездовые биотопы, дальность миграций, а также их возможные взаимодействия. Кроме того, учитывали, что динамика одного вида в разных районах (или разных видов в одном районе) может быть сходной сама по себе безотносительно к другим причинам. Все это позволило установить относительный вклад каждого из факторов и отделить «климатическую» составляющую от прочих условий, воздействующих на птиц.

Вклад климата оказался настолько значительным, что исключение всех остальных характеристик практически не влияло на результаты моделирования (рис. 3).

Рис. 3. Показатели взаимосвязи (стандартизованные регрессионные коэффициенты) между наблюдаемыми популяционными трендами и трендами, прогнозируемыми на основе климатической динамики. Слева — Европа, справа — США. Темные кружки показывают результаты для моделей, которые включали не только климатический фактор (CST), но и три характеристики видов: массу тела, предпочитаемый гнездовой биотоп и дальность миграций. Модели, результаты которых включали только CST, показаны светлыми кружками. Как видно, в обоих случаях результаты практически совпадают, что говорит о преобладающем влиянии климата на динамику численности птиц. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Это свидетельствует о корректности предлагаемой гипотезы: изменения климата действительно оказывали воздействие на популяции птиц. Некоторое представление о силе этого воздействия в разных странах и штатах дает рис. 4: как видно, на большей части территории наблюдаемые тренды численности прямо пропорциональны CST. Впрочем, авторы отмечают, что на уровне отдельных стран достоверность этой связи невелика: в частности, отрицательные зависимости, полученные для некоторых государств, статистически незначимы. Надежную зависимость можно получить, только объединив данные по всему субконтиненту.

Рис. 4. Связь между трендами климатической пригодности (CST) и фактическими трендами численности всех видов на исследуемой территории Европы (сверху) и США (снизу). По осям отложены географические широта и долгота. Разными цветами показан наклон линии регрессии, отражающей зависимость численности птиц от CST. Теплые тона соответствуют прямой связи (чем больше климатическая пригодность, тем выше индексы численности), серые — обратной. Авторы отмечают, что большинство оценок для отдельных государств, и, в частности, все случаи обратной взаимосвязи — статистически недостоверны. Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Поскольку авторов интересовали сообщества в целом, им потребовалось объединить результаты по отдельным видам в мультивидовые показатели. Методы подобной агрегации использовались и раньше: например, на основе результатов PECBMS ежегодно рассчитывают индикатор лесных птиц и индикатор птиц сельхозугодий. Эти показатели отражают «средние» тенденции в каждой из экологических групп и позволяют судить о благополучии заселяемых ими биотопов. Теперь же ученым понадобился индекс, который характеризовал бы наборы видов с разным «отношением» к глобальному потеплению. В первую группу вошли птицы с положительными трендами климатической пригодности (positive climate suitability trends, CST+). К примеру, в Швеции эта группа включала канюка и длиннохвостую синицу: современные изменения климата способствовали расширению ареала и росту численности этих видов. Вторая группа объединила виды с негативными трендами (CST−), для которых характерны противоположные тенденции — например, чечётку или овсянку-ремеза в той же Швеции. При этом один и тот же вид в разных государствах или штатах мог входить в любую из этих групп, в зависимости от его динамики в конкретном регионе. К примеру, болотная камышовка в 7 европейских странах причислялась к «позитивной» группе, а в 9 других — к «негативной».

Для обеих групп рассчитали обобщенный индекс обилия за каждый год. При этом показателю конкретного вида придавали весовой коэффициент, отражающий степень воздействия климатических изменений на его популяции. Иными словами, вклад вида в индекс пропорционален его восприимчивости к изменениям климата. Благодаря такой процедуре динамика «хороших» видов-индикаторов не теряется на фоне других, менее чувствительных к потеплению видов. Объединив индексы по всем странам или штатам, авторы получили комплексные показатели, которые отражали преобладающие тенденцию в динамике CST+ и CST− групп на каждом субконтиненте.

Рис. 5. Изменения климата в Европе (A) и США (B) в последние десятилетия. Синие линии — средняя годовая температура, оранжевые линии — средняя температура самого холодного месяца года, зеленые линии — годовая сумма температур выше 5°C. Единицы измерения и разброс значений у этих показателей не совпадают, поэтому их нормализовали и представили на вертикальной оси в виде условных индексов с нулевым средним и единичной дисперсией. Черные прямые — линии регрессии, отражающие «обобщенный» тренд для всех трех климатических параметров. Наклон регрессии на обоих континентах не демонстрировал значимых различий — следовательно, потепление происходило более или менее синхронно. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Как в Европе, так и в Америке потепление климата шло сходными темпами (рис. 5), однако реакция сообщества птиц на него оказалась не совсем одинаковой (рис. 6). В Старом Свете она выражалась в негативной динамике «холодолюбивых» видов из группы CST−, тогда как в Новом Свете — в выраженном росте популяций «теплолюбивых» CST+. В первую очередь это связано с тем, что за рассматриваемый период численность птиц в Европе в целом снижалась, тогда как в Северной Америке оставалась достаточно стабильной. Как бы то ни было, частные различия не отменяют принципиального сходства: на обоих континентах CST+ и CST− группы имели противоположные тенденции динамики.

Рис. 6. Влияние климатических условий на тренды численности обычных видов птиц. Мультвивидовые популяционные индексы групп CST+ (оранжевые линии) и CST− (синие линии), объединенные по странам Евросоюза (A) и штатам США (B). Цветными полосамипоказаны 90% доверительные «интервалы». Индекс влияния климата (C — ЕС, D — США) равен частному показателей CST+ и CST−. Значения всех индексов выражены в процентах, за 100% принято значение 1980 года. Горизонтальные пунктирные линии на этом уровне соответствуют отсутствию тренда на рис. A и B, и отсутствию различий между CST+ и CST− группами на рис. C и D. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Для еще большей наглядности показатели объединили в единый индикатор влияния климата (climate impact factor, CII), вычисляемый как частное индексов CST+ и CST−. Он остается неизменным в том случае, когда тенденции динамики у обеих групп одинаковы. Если же между ними наблюдается диспропорция, то индикатор либо снижается, либо возрастает, отражая смещение баланса в пользу одной из групп. В последние три десятилетия преимущества были на стороне CST+, поэтому CII демонстрировал рост — практически линейный в США и несколько более «извилистый» в ЕС. Впрочем, это различие обусловлено исключительно неодинаковым объемом данных: США лидировали как по числу видов, так и по охвату территории, поэтому для них были получены более точные оценки. В остальном же картина оказалась очень сходной, и к 2010 году в обоих регионах CII увеличился почти в полтора раза по сравнению с 1980 годом. Авторы пишут, что эти результаты убедительно свидетельствуют о значимой роли изменений климата для широкого круга видов по всему миру.

Конечно, пока что масштаб исследования нельзя назвать по-настоящему глобальным. Многие регионы, значимые для понимания последствий потепления — в частности, субэкваториальный пояс, — пока что остаются малоизученными. Остается надеяться, что в дальнейшем область сбора данных будет расширена. Примером тому служит ряд стран Южной и Восточной Европы, недавно присоединившихся к мониторингу. С 2010 года он ведется и в России: благодаря участникам программы «Птицы Москвы и Подмосковья» в столичном регионе уже создана довольно представительная сеть наблюдателей. Глобальное потепление никого не обходит стороной: так, среднегодовая температура в Москве с 1879 по 2015 год увеличилась более чем на 3,5°C. Благодаря своей площади и сравнительно слабой антропогенной трансформации, Россия поддерживает значительную часть популяций многих европейских видов, поэтому процессы, происходящие на ее территории, чрезвычайно важны для оценки влияния климатических изменений на животный мир.

Источник Элементы.ру. Оригинал работы.

P.S. В Европе, по-видимому, негативный эффект собственно климатических изменений ниже, поскольку с ним суммируется, ущерб, связанный с т.н. «энергетическим поворотом» в ЕС (к возобновляемой энергии), уничтожающий местообитания многих обычных видов. «Поворот» начался в связи с потеплением, в 2007 г., и развивается пропорционально ему, так что одно трудно отделить от другого. Но сонаправленность остаётся.

Другой неординарный эффект потепления климата — содействие гибридизации близких форм, которых изменения ареалов приводят во вторичный контакт: в Арктике таких насчитали 22 вида. Так, в Nature была «заметка про то как изменения в Арктике «заставляют» скрещиваться белых медведей и гризли. В 2010 году был застрелен гибрид мать которого тоже была гибридом а отцом являлся гризли, то есть имеется уже как минимум второе поколение таких бело-бурых медведей.». Это может вести к интрогрессии и «слиянию форм», если гибриды жизнеспособностью и плодовитостью не отличаются от родителей, или, напротив, к «репродуктивному самоуничтожению», если они полностью/частично стерильны, или их жизнеспособность снижена. Так, в Бельгии, один из факторов сокращения численности полевого воробья Passer montanus — «самоуничтожение» от гибридизации с домовым Passer domesticus.