Холодная погода усиливает атаки убивающего деревья жука-короеда
По мере того как потепление климата позволяет разрушительному южному сосновому жуку расширять свой ареал на север, более прохладная погода в этой новой среде обитания может потенциально увеличить летальность атак насекомого на деревья, согласно новому исследованию Дартмутского колледжа.
Исследование демонстрирует, как изменение климата создает разрушительный двойной удар по лесам, уже находящимся под атакой, и еще один механизм влияния погоды на численность насекомых-вредителей.
В исследовании команда Дартмута показывает, как более низкие температуры осени и зимы в северных широтах влияют на рост и развитие незрелых южных сосновых жуков, приводя к более синхронизированному появлению взрослых особей с потеплением.
Такое поведение повышает риск для сосновых лесов, поскольку жуки убивают деревья, атакуя большими группами. Чем больше жуков активно одновременно, тем выше вероятность, что они преодолеют защиту деревьев и произведут еще больше жуков для следующего поколения атак.
"Изменение климата не только дает этому разрушительному виду новую территорию для нападения, но и создает более смертоносного вредителя, который может опустошать леса", — сказал Джеффри Ломбардо, проводивший исследование в качестве кандидата наук в Дартмуте.
Являясь родным для юго-востока США, южный сосновый жук процветает по мере потепления климата. Вредитель стал иконой расширения ареалов, разрешенных изменением климата. За 15 лет насекомое неуклонно расширило свой ареал с юго-востока США в Нью-Джерси, Лонг-Айленд Нью-Йорка, Коннектикут, Массачусетс и теперь на север вплоть до северной части штата Нью-Йорк.
Стремясь понять механизмы, усиливающие успех насекомого в ответ на изменение климата, исследование Дартмута фокусируется на том, как развитие жука от личинки до взрослой особи зависит от различных погодных условий.
"Это исследование дает нам более глубокое понимание того, как разница температур влияет на вид, вышедший за пределы своего традиционного ареала", — сказал Мэтью Айрес, профессор биологии в Дартмуте и соавтор исследования.
Для проведения исследования команда использовала комбинацию подходов, включая лабораторные эксперименты in situ, теоретическую модель скорости развития и полевой отлов диких жуков в недавно заселенных сосновых лесах Нью-Джерси, а также в исторической среде обитания жука на юго-востоке США.
Исследование демонстрирует, что более низкие температуры осени и зимы в расширяющемся северном ареале значительно увеличивают популяцию жуков на заключительной стадии развития личинок и также заставляет их массово появляться при потеплении. Эта концентрированная "группировка" развивающихся особей — явление, известное как фенологическая синхронность — приводит к появлению более крупных популяций зрелых жуков одновременно.
И наоборот, исследователи обнаружили, что при более высоких температурах конвергенция жизненных стадий отсутствовала; жуки продолжали развиваться без перерыва и не демонстрировали аналогичной группировки популяции на одной стадии развития.
Хотя не все виды выигрывают от большого количества особей на одной территории, южный сосновый жук полагается на высокую плотность популяции, чтобы более эффективно "обескровливать" сосны. Скоординированные массовые атаки на сосны открывают дополнительные ресурсы, которые затем могут поддержать больше жуков. Эта положительная обратная связь может подтолкнуть популяцию к вспышке.
"Сила численности от синхронно появляющихся жуков может означать катастрофу для сосен", — сказал Ломбардо.
Исследование, опубликованное в журнале Oecologia, указывает, что температуры около 50 градусов по Фаренгейту позволяют личинкам питаться и расти, но не позволяют им продвинуться дальше куколочной стадии. Таким образом, все личинки становятся готовыми к окукливанию, но окукливание и появление взрослых особей, охотящихся на деревья, не происходит, пока температура не прогреется примерно до 60 градусов или выше.
Согласно исследованию, физиологический механизм актуален для любых насекомых, у которых есть переменные термические реакции среди жизненных стадий, отсутствует диапауза и которые испытывают прохладные зимы. Авторы отмечают, что их работа была вдохновлена исследованиями горного соснового жука, родственного вида, встречающегося в западных регионах Северной Америки.
Исследование является предупреждением о том, как изменение климата может принести новые риски для лесов, но также является примером того, как наука может помочь. Знания из этого исследования включаются в систему прогнозирования южного соснового жука — инструмент для лесных менеджеров, позволяющий предвидеть сезоны высокого риска и активизировать усилия по обнаружению и подавлению.
"Леса по всему миру сталкиваются с проблемами из-за изменений в распределении и численности потенциальных вредителей, и это делает хорошую науку как никогда важной", — сказал Айрес.