Зміна клімату спричиняє зміщення схилів та винищення вершин гір у спільноті тропічних птахів

Відредаговано Аланом Гастінгсом, Каліфорнійський університет, Девіс, Каліфорнія, та затверджено 27 вересня 2018 року (отримано на огляд 9 березня 2018 року)

Переглянути пов’язаний вміст:

Значимість

Прогнозується, що глобальне потепління стане "ескалатором до зникнення" для видів, які мешкають у горах. Це пов’язано з тим, що види, як правило, пересуваються на більш високі висоти, коли температура тепла, а види, які мешкають лише біля вершин гір, можуть втратити місце. Однак є мало доказів того, що популяції з високими висотами зникають, як передбачалося. Тут ми показуємо, що недавнє потепління справді діє як ескалатор до вимирання для птахів, які мешкають на віддаленій перуанській горі. Види з високими висотами зменшились в розмірі ареалу та в значній мірі зменшились, а кілька раніше поширених видів зникли. Ми припускаємо, що високовисокі види в тропіках особливо вразливі до кліматичних змін.

Анотація

Види Montane у всьому світі рухаються вгору у відповідь на нещодавнє підвищення температури. Прогнозується, що ці зрушення вгору призведуть до вимирання на вершинах гір видів, які мешкають лише біля гірських вершин, але емпіричні приклади популяцій, які зникли, є рідкісними. Ми показуємо, що недавнє потепління є "ескалатором до вимирання" для птахів на віддаленій перуанській горі - високогірні види зменшились як за розмірами ареалу, так і за їх чисельністю, а кілька раніше поширених мешканців гірських вершин зникли з місцевої громади. Наші висновки підтверджують прогнози, що потепління, швидше за все, призведе до широкомасштабних винищень та вимирань таксонів високих висот у тропічних Андах. Такі вибухи гірських вершин, зумовлені зміною клімату, можуть бути більш вірогідними в тропіках, де температура, схоже, здійснює більш сильний контроль над межами ареалу видів, ніж у помірному поясі. На відміну від цього, ми показуємо, що низинні види птахів на нашому дослідному майданчику розширюються в розмірі ареалу, коли вони зміщують свої верхні межі вгору і, отже, можуть отримати вигоду від зміни клімату.

Серро-де-Пантіаколла піднімається з Амазонських низовин на південному сході Перу, з висотами від 470 м у Ріо-Палотоу до 1415 м у хребті. Ми виміряли висотний розподіл видів птахів уздовж Трансекти Пантіаколла (сіра лінія; кола позначають місця відбору проб туманної сітки) у 1985 р. Та знову у 2017 р. Не було змін у землекористуванні вздовж Трансекту Пантіаколла, яка залишається покритою первинним лісом. Однак середньорічні температури з 1985 р. Зросли на .40,42 ° C.

Зміщення у висотах у розподілі та чисельності видів птахів на Серро-де-Пантіаколла між 1985 і 2017 рр. (A) Зміщення на нижній та верхній вершинах меж для спостережень за всіма 108 поширеними лісовими видами, що показують розширення ареалу (зелений), скорочення (помаранчевий) та висоти, де види були знайдені як під час історичних (1985), так і сучасних (2017) обстежень (сірий). П’ять видів риджетопів, які неодноразово були виявлені в 1985 році, але не були знайдені в 2017 році, показані як цілком оранжеві смужки. (B) Зміни середнього значення висоти для 65 найпоширеніших видів, захоплених у туманних сітках, порівняно з нульовою лінією без змін. Види з нижчими висотами мають більше місця для пересування вгору, ніж види з високими висотами; пунктирна лінія позначає, де можливі зрушення вгору, обмежені вершиною хребта. (C) Зміна чисельності для тих самих 65 видів, що часто мають туманну сітку, як функція середньої висоти під час історичного обстеження. Позитивні значення представляють збільшення чисельності, а негативні - зменшення чисельності; лінія тренда показує відповідність узагальненої адитивної моделі з 95% довірчим інтервалом, затіненим сірим кольором.

Зміна розміру ареалу вздовж Трансекту Пантіакола для видів на низинах, міделевації та гірських вершинах. Ці три категорії визначаються на основі розташування історичних меж діапазону. Низькогірні види були історично знайдені в річці, види міделевації мали як низькі, так і високі історичні межі ареалу вздовж трансекти, а види вершин гір були історично знайдені на ріжетопі. Зірочки відображають категорії, де середня зміна висоти значно відрізняється від нуля.

Високі птахи на Серро-де-Пантіаколла справді їдуть ескалатором до зникнення. Кілька видів високих висот, здається, зникли, а ті, що зберігаються, як правило, змістилися вгору і зараз мешкають у менших розподілах з меншою чисельністю. Таким чином, збережені види на високому рівні сьогодні вразливіші до винищення, ніж лише три десятиліття тому. Наприклад, коронований червоним кольором жужелиця (Myiothlypis coronata), комахоїдний підлісок, був найпоширенішим видом туману біля риджтопу в 1985 році (набір даних S2). Цей вид все ще зустрічається на Трансекті Пантіаколла, але він змістив нижню межу набагато ближче до вершини хребта - з 1300 до 1380 м - і, за оцінками, зменшення популяції складе 72%.

"Ескалатор" також впливає на види, що знаходяться під ріжетопом. Види середньої висоти зміщуються вгору на подібну величину як на низькій, так і на високій межі висоти, що не призводить до чистої зміни їх висотної висоти (t13 = 0,056, P = 0,96) (рис. 3) або доступної площі (t13 = −0,060, P = 0,95) (Додаток SI, рис. S1). Отже, сьогоднішні види миделевації, швидше за все, будуть завтрашніми видами на вершині гір, зростаючи дедалі більш вразливими до винищення, оскільки кліматичне потепління триває.

На відміну від видів з високою висотою, види з низькою висотою на Трансекті Пантіаколла, здається, отримують вигоду від підвищення температури. Верхні верхні межі видів, виявлені на найнижчих висотах (тобто на річці Палатоа), під час історичного обстеження змістились вгору, навіть якщо ці види продовжують існувати внизу трансекти. Як наслідок, низинні види збільшились у висотному розподілі в середньому на 71 м (зміна висотного рівня; t51 = 3,36, P = 0,002) (рис. 3), а також збільшилися в доступній площі (t51 = 3,33, P = 0,002 ) (Додаток SI, рис. S1). Ці результати свідчать про те, що низові амазонські види птахів можуть переносити підвищення температури, принаймні там, де зберігаються цілі первинні ліси. Таким чином, ескалатор метафори зникнення не стосується низинних видів, які ми вивчали. Натомість для більшості видів, що трапляються вздовж основи Пантіаколли, температури потепління забезпечують умови, що сприяють розширенню ареалу. Додаткові дослідження, що вивчають вплив кліматичних змін на тропічні види, що мешкають у низькорослих лісах, особливо біля рівня моря, терміново необхідні для оцінки того, чи загрожує потепління температура тропічного біорізноманіття низин.

Швидкі зрушення у птахів на трансекті Пантіаколла зі швидкістю, подібною до очікуваних від спостережуваного підвищення температури, узгоджується з кількома наявними повідомленнями з інших тропічних районів [наприклад, птахи (12, 22), комахи (23), плазуни та земноводні (24), та рослини (25, 26)]. У сукупності ці висновки узгоджуються з гіпотезою про те, що температура є домінуючою рушійною силою розподілу тропічних видів (12). На відміну від цього, нещодавні дослідження показують, що види помірного поясу, як правило, зазнають лише помірних зсувів вгору, які значно відстають від очікувань з огляду на спостережуване потепління (12), що узгоджується з думкою про те, що взаємозв'язок між межами діапазону висот і середньорічною температурою є слабшим для помірного зональні таксони. Ми припускаємо, що тісніший зв’язок між середньою температурою та висотними межами видів у тропіках може пояснити, чому так мало переконливих прикладів помірного поясу екстирпацій на вершинах гір (10). У цьому відношенні, мабуть, примітно, що майже всі дослідження, що підтверджують географічні відповіді на останні кліматичні зміни, проводились у помірному поясі (2, 27).

Тропічні види можуть більш чутливо реагувати на температури потепління, оскільки обмежені сезонні коливання температур у тропіках дозволяють тропічним видам розвивати більшу теплову фізіологічну спеціалізацію (28, 29) (посилання 30 має альтернативне пояснення). Така теплова спеціалізація, ймовірно, буде найсильнішою для тропічних ектотерм (31); справді, тропічні гірські птахи (які є ендотермами) виявляють незначну фізіологічну спеціалізацію до температури (32, 33). Оскільки тропічні гірські птахи швидко зміщуються вгору, але, схоже, не є фізіологічно спеціалізованими до певних температур, ми припускаємо, що температури потепління контролюють межі висоти тропічних птахів лише побічно, можливо, через взаємодію з фізіологічно спеціалізованими ектотермами, які є важливою здобиччю або переносниками хвороб . Для порівняння, жителі помірного поясу повинні переживати холодну зиму та спекотне літо, не допускаючи пристосування до вузьких температурних режимів. Більший сезонний температурний режим у високих широтах також дає можливість організмам реагувати на підвищення температури, змінюючи схему своєї діяльності в часі (фенологічні зрушення), а не в просторі (34).

Методи

Методологія дослідження місця та опитування.

Серро-де-Пантіаколла - це віддалений хребет, який проходить з північного заходу на південний схід через Амазонську низовину на північній стороні річки Альто-Мадре-ді-Діос на південному сході Перу (рис. 1). Як історичні (1985 р.), Так і сучасні (2017 р.) Дослідження орнітофауни вивчали 8-кілометрову стежку трансекти, яка піднімається від річки Палатоа на 470 м до вершини хребта на 1415 м (рис. 1; Додаток SI, таблиця S1 показує координати) . Рослинність помітно змінюється вздовж цієї трансекти від річки до гірського хребта від бамбука Гуадуа вздовж річки Палатоа та горбистого лісу Тера фірми в низині до густого лісу, в якому переважають пальми, з низькорослими моховими деревами на ріжетопі. Спільноти птахів також змінюються з висотою вздовж Трансекту Пантіаколла. Багатство видів зменшується втричі між хребтом та річкою, а оборот видів майже закінчений між початком та кінцем трансекти: з 500+ видів птахів, знайдених на сьогоднішній день вздовж Трансекти Пантіакола, менше 25 знайдено на всіх висотах (Набір даних S4).

У 1985 р. Дж. очолив експедицію Польового музею (Чикаго, штат Іллінойс), щоб визначити висотні межі видів вздовж Трансекту Пантіакола. Історичне обстеження задокументувало висотні межі видів шляхом (i) проведення обстежень туманних мереж на семи висотах (як правило, 20-25 мереж туману 12 × 3 м, відкритих на 5-10 днів на ділянку) (Додаток SI, таблиця S1), ( ii) запис даних спостереження ad libitum висот, де були виявлені види вздовж трансекти для визначення висотних меж (округлених до найближчого інтервалу 50 м), та (iii) використання рушниць для збору зразків. J.W.F. та колеги використовували барометричний альтиметр для визначення висоти. Це історичне обстеження включало 31 польовий день, з яких 10 було проведено на вершині хребта (> 1300 м).

У жовтні 2016 року J.W.F. і оригінальний член команди Девід Віллард перемістив їх базовий табір 1985 року вздовж річки Палатоа, (i) порівнявши місце розташування табору на топографічній карті 1985 року (створеної за допомогою радіолокаційного сканера) з сучасними топографічними картами Google Earth (створеними із супутників) та (ii) їхати по річці по Палатоа, поки вид на далекі хребти на північний захід не збігався з видом на фотографії, зроблені з базового табору 1985 року. Оскільки від сліду трансекти 1985 року не залишилося жодного сліду, J.W.F. допоміг прорізати нову стежку від базового табору на березі річки до ріджтопу в 2016 році. Сучасна стежка трансекти закінчилася тим самим вершиною, що і історична стежка (місцева вершина Серро-де-Пантіаколла).

У 1985 році Палатоа була річкою пустелі, а Трансект Пантіаколла був повністю покритий первинним лісом. В даний час існує невелика громада з 100 людей («Палатоа») вздовж річки на відстані 5 км на південь від нашого базового табору на річці, а місце розташування базового табору річок експедицій 1985 року зараз є невеликим будиночком екотуризму. Однак, за винятком малого (1 Кому слід адресувати листування. Електронна адреса: freemanzoology.ubc.ca .

зміщення