Наука и IT
Глобальное потепление может привести к вымиранию европейской жемчужницы
Сокращение численности европейской жемчужницы, начавшееся с середины 20 века, скорее всего, вызвано глобальным изменением климата, а через 60 лет вид может почти полностью исчезнуть. Эти данные ученые представили в престижном научном журнале Scientific Reports. Ведущим автором статьи выступил ученый САФУ — Иван Болотов.
Всего над исследованием работали 20 ученых из шести европейских стран: Австрии, Финляндии, Латвии, Норвегии, России и Швеции.
«Мы работали над этим проектом в течение почти пятнадцати лет: с 2004 по 2017 год, — рассказал Иван Болотов. — В общей сложности мы изучили 3279 раковин европейской жемчужницы из 50 рек по всей Европе. Изучались как старые раковины, хранящиеся в музеях (они были собраны в ~1840–1940 гг.), так и моллюски из современных популяций (1984–2013 гг.). Наш анализ показал, что выпуклость раковины (отношение ширины к длине) в современных популяциях жемчужницы из равнинных рек возрастает от высоких к низким широтам, то есть раковины на юге более выпуклые, утолщенные, нежели на севере. Однако когда мы определили этот показатель в образцах, которые были собраны в 19 — начале 20 веках, мы обнаружили, что выпуклость раковин в южных и северных реках раньше была одинаковая. Далее мы померили выпуклость раковин в современных популяциях, заселяющих горные реки Австрии. Оказалось, что чем выше в горы, тем выпуклость раковины меньше. Основываясь на этих данных, мы предположили, что выпуклость раковины связана с температурой — чем теплее вода, тем сильнее раковина расширяется. Статистическое моделирование подтвердило это предположение: оказалось, что средние значения выпуклости раковин в образцах европейских жемчужниц прямо связаны со средней летней температурой воздуха. Более того, когда мы сравнили выпуклость раковин в жизнеспособных и в вымирающих популяциях, выяснилось, что они достоверно различаются по этому показателю. Получилась вот такая жесткая связка — выпуклость раковин — температура воздуха — состояние популяций моллюска. Эту связку мы отобразили математически в виде системы довольно простых линейных уравнений. В результате мы впервые получили надежную основу для создания количественных моделей влияния изменений климата на популяции пресноводных моллюсков. Никто и никогда раньше такого не делал».
В итоге ученые объединили морфометрические, экологические и климатические данные и представили их в виде пространственно-временных цифровых моделей. Выяснилось, что благоприятный период для европейской жемчужницы в Центральной и Южной Европе пришелся на холодные 1901–1920 годы, а после потепления 1991–2010 годов подходящие для обитания районы резко сократились. Сейчас жизнеспособные популяции в основном остались в Северной Европе и в северной части Британских островов, но большая часть прежнего ареала оказалась неблагоприятной или даже непригодной для европейской жемчужницы. Таким образом, подтвердилась гипотеза о том, что вид исчезает из-за быстрого сокращения числа подходящих районов распространения и связано это с глобальным изменением климата — потеплением.
«Эффект потепления проявляется в ускорении роста и метаболизма жемчужниц, снижении срока их жизни, высокой смертности среди молоди и ограниченном развитии личинок. Потепление может также иметь косвенные последствия, такие как увеличение количества водной растительности, массовые наводнения и сокращение численности рыб», — пояснил другой участник проекта Александр Махров, ученый из Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН.
Прогноз на 2061–2080 годы при низких, умеренных и экстремальных сценариях изменения климата предсказывает почти полное исчезновение жемчужниц в Центральной и Южной Европе. Однако, как полагают ученые, высокогорные реки, например река Камп в Австрии, могут служить убежищем для жемчужниц и других обитателей холодных вод (например, лососей и форели) во время сильного потепления климата.
«Мы надеемся, что наше исследование будет способствовать сохранению европейских жемчужниц. Во всяком случае, мы должны сохранить этот уникальный вид и его удивительную среду обитания для будущих поколений, несмотря на изменения климата», — заключил Иван Болотов.
Фото Пола Асфолма (Paul Aspholm, Norwegian Institute of Bioeconomy Research)
Всего над исследованием работали 20 ученых из шести европейских стран: Австрии, Финляндии, Латвии, Норвегии, России и Швеции.
«Мы работали над этим проектом в течение почти пятнадцати лет: с 2004 по 2017 год, — рассказал Иван Болотов. — В общей сложности мы изучили 3279 раковин европейской жемчужницы из 50 рек по всей Европе. Изучались как старые раковины, хранящиеся в музеях (они были собраны в ~1840–1940 гг.), так и моллюски из современных популяций (1984–2013 гг.). Наш анализ показал, что выпуклость раковины (отношение ширины к длине) в современных популяциях жемчужницы из равнинных рек возрастает от высоких к низким широтам, то есть раковины на юге более выпуклые, утолщенные, нежели на севере. Однако когда мы определили этот показатель в образцах, которые были собраны в 19 — начале 20 веках, мы обнаружили, что выпуклость раковин в южных и северных реках раньше была одинаковая. Далее мы померили выпуклость раковин в современных популяциях, заселяющих горные реки Австрии. Оказалось, что чем выше в горы, тем выпуклость раковины меньше. Основываясь на этих данных, мы предположили, что выпуклость раковины связана с температурой — чем теплее вода, тем сильнее раковина расширяется. Статистическое моделирование подтвердило это предположение: оказалось, что средние значения выпуклости раковин в образцах европейских жемчужниц прямо связаны со средней летней температурой воздуха. Более того, когда мы сравнили выпуклость раковин в жизнеспособных и в вымирающих популяциях, выяснилось, что они достоверно различаются по этому показателю. Получилась вот такая жесткая связка — выпуклость раковин — температура воздуха — состояние популяций моллюска. Эту связку мы отобразили математически в виде системы довольно простых линейных уравнений. В результате мы впервые получили надежную основу для создания количественных моделей влияния изменений климата на популяции пресноводных моллюсков. Никто и никогда раньше такого не делал».
В итоге ученые объединили морфометрические, экологические и климатические данные и представили их в виде пространственно-временных цифровых моделей. Выяснилось, что благоприятный период для европейской жемчужницы в Центральной и Южной Европе пришелся на холодные 1901–1920 годы, а после потепления 1991–2010 годов подходящие для обитания районы резко сократились. Сейчас жизнеспособные популяции в основном остались в Северной Европе и в северной части Британских островов, но большая часть прежнего ареала оказалась неблагоприятной или даже непригодной для европейской жемчужницы. Таким образом, подтвердилась гипотеза о том, что вид исчезает из-за быстрого сокращения числа подходящих районов распространения и связано это с глобальным изменением климата — потеплением.
«Эффект потепления проявляется в ускорении роста и метаболизма жемчужниц, снижении срока их жизни, высокой смертности среди молоди и ограниченном развитии личинок. Потепление может также иметь косвенные последствия, такие как увеличение количества водной растительности, массовые наводнения и сокращение численности рыб», — пояснил другой участник проекта Александр Махров, ученый из Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН.
Прогноз на 2061–2080 годы при низких, умеренных и экстремальных сценариях изменения климата предсказывает почти полное исчезновение жемчужниц в Центральной и Южной Европе. Однако, как полагают ученые, высокогорные реки, например река Камп в Австрии, могут служить убежищем для жемчужниц и других обитателей холодных вод (например, лососей и форели) во время сильного потепления климата.
«Мы надеемся, что наше исследование будет способствовать сохранению европейских жемчужниц. Во всяком случае, мы должны сохранить этот уникальный вид и его удивительную среду обитания для будущих поколений, несмотря на изменения климата», — заключил Иван Болотов.
Фото Пола Асфолма (Paul Aspholm, Norwegian Institute of Bioeconomy Research)