Новое исследование показало, что маленьким бабочкам со светлыми крыльями трудно регулировать температуру тела, поскольку Земля становится теплее. Бабочка Juditha caucana изображена в Панаме на пальце ведущего автора Эсме Эш-Джепсон из Кембриджского университета.
Новое исследование показало, что для более мелких и светлых бабочек наступают трудные времена, поскольку климат Земли продолжает нагреваться.
Согласно исследованию, в отличие от своих родственников с большими крыльями и более темной окраской, маленькие бабочки с более светлыми оттенками, особенно принадлежащие к семейству Lycaenidae, испытывают трудности с регулированием температуры тела при повышении температуры воздуха.
Размер часто играет роль в устойчивости насекомых к жаре, но влияние цвета было неожиданным и «может быть характерным для бабочек», — сказала ведущий автор исследования Эсме Эш-Джепсон, докторант зоологии Кембриджского университета в Соединенном Королевстве. Бабочки с более темными крыльями, независимо от размера крыльев, неизменно демонстрировали лучшие результаты на протяжении всего исследования.
Выводы, опубликованные 12 июля в Журнале экологии животных, еще раз доказывают огромную роль крыльев в охлаждении бабочек, а также то, почему цвет имеет значение.
Как бабочки сохраняют хладнокровие
Бабочкам нужно тепло от солнца, чтобы функционировать. Но когда становится по-настоящему жарко, они приспосабливают температуру своего тела к температуре воздуха с помощью стратегий, называемых тепловой буферизацией и термальной устойчивостью.
Термическая буферизация включает в себя физические действия, такие как перемещение в более прохладное и затененное место или наклонение крыльев в сторону от прямого солнечного света. Согласно исследованию, бабочки с большими крыльями могут использовать эту площадь поверхности для поглощения тепла, когда это необходимо, но они также могут перемещаться в более прохладное место быстрее, чем бабочки с маленькими крыльями.
Термическая толерантность, с другой стороны, включает физиологические процессы, такие как производство белков теплового шока. «Это молекулы, которые производят многие животные, в том числе бабочки и люди, чтобы защитить себя от высоких температур», — сказал Эш-Джепсон. «Они помогают стабилизировать и восстанавливать белки в организме, поврежденные высокой температурой».
Но этот процесс расходует ресурсы бабочки, часто за счет роста или размножения. Результаты этого исследования подтвердили более ранние исследования, которые показали, что бабочки, как правило, полагаются либо на тепловую буферизацию, либо на термостойкость, а не на то и другое, и это делает некоторые виды более уязвимыми к повышению температуры из-за климатического кризиса.
Тест на «нокдаун»
Чтобы проверить, существует ли связь между температурной буферностью и термоустойчивостью у различных видов тропических бабочек, исследователи из Кембриджского университета и Смитсоновского института тропических исследований отловили бабочек во многих типах мест обитания вокруг Панамы как во влажный, так и в сухой сезон в период с февраля 2020 года по март 2022 года.
Для теста на тепловую буферизацию исследователи поймали, протестировали и выпустили 1334 бабочки, представляющие 54 вида из шести семейств бабочек. «Я и моя команда провели много долгих дней, бегая по тропическому лесу в Панаме с сачками для бабочек», — сказал Эш-Джепсон. «Нашей целью было поймать бабочку, не преследуя ее».
Когда насекомые летают, температура их тела может меняться. Поскольку исследователи не принуждали бабочек к стрессовой погоне, ожидалось, что их температура останется на нормальном уровне для условий окружающей среды.
После поимки члены команды поместили измерительное устройство, называемое термопарой, которое выглядит как оголенный провод, через сеть, а затем осторожно прижали к грудной клетке бабочки, которая является средней частью ее тела, чтобы измерить ее температуру.
Грудная клетка «это место, где находятся мышцы, обеспечивающие полет бабочки, и поэтому это важные части тела для поддержания температуры», — сказал Эш-Джепсон.
Чтобы проверить термостойкость, меньшую группу отловленных бабочек снова заставили работать. Каждый из них был помещен в стеклянную банку, предназначенную для предотвращения обезвоживания бабочки. Затем температуру внутри банки неуклонно повышали, чтобы проверить, сколько каждый из них может выдержать, прежде чем упадет после потери контроля над движением, состояние, известное как «нокдаун».
В обоих экспериментах темные бабочки, пойманные исследователями, нагревались и охлаждались лучше, чем их более бледные сородичи. Более крупные и темные бабочки более эффективно использовали стратегии тепловой буферизации в своих интересах, в то время как более мелкие и более темные бабочки «способны выдерживать более высокие температуры» во время теста на термостойкость в стекле», — сказал Эш-Джепсон. «Это помещает этих темных бабочек в относительно хорошее место, чтобы справиться с изменением климата».
Исследование показало, что темные бабочки согреваются и остывают более эффективно, чем более светлые. Эш-Джепсон проводит полевые исследования в Панаме с бабочкой из рода Calefelis семейства Riodinidae.
Она добавила, что разница между самым низким и самым высоким уровнями термостойкости — более 18 градусов по Фаренгейту (10 градусов по Цельсию) — ее действительно удивила. «Это огромная разница для бабочек, которые живут в относительно схожих средах обитания», — сказал Эш-Джепсон, отметив, что один вид выжил при температуре почти 140 градусов по Фаренгейту (60 градусов по Цельсию). «Для такого маленького животного это невероятный подвиг».
Почему цвет бабочки имеет значение
Во время нокдаун-теста более крупные бабочки, которые продемонстрировали лучшие способности к тепловой буферизации, не справлялись так хорошо, как бабочки с меньшими крыльями. Более крупные виды, как правило, больше полагаются на стратегии буферизации, что делает их уязвимыми к повышению температуры, когда они не могут изменить свое положение.
«Этот результат означает, что виды с более стабильной температурой тела могут быть более уязвимы к повышению температуры окружающей среды», — сказал Акито Кавахара, профессор и куратор Центра чешуекрылых и биоразнообразия Макгуайра в Университете Флориды в Гейнсвилле. Он не участвовал в расследовании.
Теория Эша-Джепсона о том, почему цвет имеет такое значение, гласит: «Все сводится к опыту». Темнокрылые бабочки в основном привыкают к более высоким температурам, поскольку они поглощают солнечную радиацию быстрее, чем их бледные собратья. Они также «излучают тепло эффективнее, чем бледные поверхности, и … также могут с большей вероятностью снижать температуру своего тела достаточно быстро, чтобы избежать достижения смертельной температуры», — пояснила она.
Более бледным бабочкам редко приходится иметь дело с высокими температурами — они обычно улетают в более прохладный микроклимат, когда становится жарко. Если из-за продолжающегося климатического кризиса будет потеряно больше лесной среды обитания, более бледные бабочки будут подвергаться большему риску. Они будут «в опасном месте, чтобы справиться с перемещением между все более удаленными друг от друга лесными фрагментами, и когда произойдет экстремальное погодное явление, такое как волна тепла», — сказал Эш-Джепсон по электронной почте. Если они не могут эффективно управлять теплом своего тела в таких ситуациях, у них будут проблемы.
Хотя никто не уверен, как изменение климата в конечном итоге повлияет на бабочек, можно с уверенностью сказать, что «многие виды исчезают. (Исследование) может дать представление о том, какие виды могут выжить в суровых климатических условиях», — сказал Кавахара.
По словам Эш-Джепсон, невозможно предсказать сроки исчезновения видов бабочек. «Мы вряд ли потеряем все это (Lycaenidae) семейство бабочек», — сказала она. Однако в этом семействе может произойти «быстрое вымирание, если мы ничего не сделаем для сохранения их среды обитания и борьбы с изменением климата, особенно перед лицом экстремальных погодных явлений, таких как волны тепла», добавила она.
В последнее время появилось достаточно доказательств того, что экстремальные погодные явления участились. «Это довольно пугающе для этой очень разнообразной группы бабочек, — сказал Эш-Джепсон, — но есть надежда, что при надлежащем управлении, таком как поддержание лесов и микроклимата, мы сможем сохранить эту группу красивых и уникальных бабочек до того, как они исчезнут».
