Исследование зоопланктона показывает, как рост температур может привести к краху популяций

Учёные из Университета Райса обнаружили критическую связь между повышением температуры и сокращением численности популяций видов. Исследование, опубликованное в Ecology под руководством Фолькера Рудольфа, показало, что рост температуры обостряет конкуренцию внутри популяций, что в конечном итоге приводит к их краху при более высоких температурах. Это одна из первых чётких экспериментальных проверок того, что потепление меняет силы, контролирующие динамику популяций в природе.

"Наше исследование даёт важный недостающий элемент для понимания более широких эффектов потепления на природные популяции", — сказал Рудольф, профессор бионаук. "Даже когда отдельные организмы, кажется, процветают при более высоких температурах, популяция в целом может страдать из-за усиления конкуренции за ресурсы".

Чтобы выяснить, как температура влияет на конкуренцию и рост популяции, команда сосредоточилась на Daphnia pulex — мелком виде зоопланктона, играющем ключевую роль в пресноводных пищевых сетях и качестве воды. Манипулируя температурой и плотностью популяции в контролируемых лабораторных условиях, исследователи изолировали эффекты потепления на динамику популяций. Результаты оказались и увлекательными, и тревожными.

Эксперимент показал, что конкуренция между особями значительно усиливалась с ростом температуры. Фактически, с каждым повышением температуры на 7 градусов Цельсия эффекты конкуренции удваивались, вызывая резкое сокращение популяции на 50% при самой высокой испытанной температуре.

Хотя умеренное потепление (12–19 °C) изначально стимулировало рост популяции за счёт ускорения метаболизма и размножения, при более высоких температурах эти преимущества исчезали по мере усиления конкуренции. Это приводило к резкому сокращению численности, даже несмотря на то, что отдельные организмы переносили более высокие температуры.

"Мы знаем, что потепление увеличивает метаболизм и размножение у эктотермов, но мы обнаружили, что более высокие температуры также создают конкуренцию, ограничивающую выживание и размножение", — сказала Лили Стоксет, выпускница и первый автор исследования. Она провела эксперимент в рамках своей дипломной работы в лаборатории Рудольфа.

"По мере приближения температуры к физиологическому пределу для этих популяций усиление конкуренции начало перевешивать метаболические преимущества и привело к сокращению популяций. Это важное предупреждение для экосистем, сталкивающихся с ростом температур — популяции могут приблизиться к упадку при менее экстремальных температурах, чем мы думали", — отметила Стоксет.

Эти выводы ставят под сомнение предположение, что потепление всегда приносит пользу популяциям эктотермов за счёт стимуляции индивидуального роста. Вместо этого они показывают, что рост температур может вредить популяциям из-за усиления конкуренции ещё до того, как физиологический стресс станет критическим фактором. Это усиление конкуренции также может дестабилизировать популяции, увеличивая риск локальных вымираний, особенно в средах с частыми колебаниями температуры.

"Наши результаты позволяют предположить, что многие виды могут столкнуться с быстрым сокращением популяций задолго до достижения их пределов температурной толерантности", — сказала Зои Нил, выпускница и бывшая аспирантка лаборатории Рудольфа. "Это имеет серьёзные последствия для охраны природы, поскольку означает, что коллапсы популяций, вызванные температурой, могут происходить при более низких порогах потепления, чем ожидалось ранее, и могут затрагивать виды, считавшиеся устойчивыми к температурным изменениям".