Птицы откладывают яйца раньше, и в этом виновато изменение климата

Весна в воздухе. Птицы поют и начинают строить свои гнезда. Это происходит каждый год, как по часам. Но новое исследование, опубликованное в журнале Journal of Animal Ecology, показывает, что многие виды птиц вьют гнезда и откладывают яйца почти на месяц раньше, чем сто лет назад. Сравнив последние наблюдения с яйцами столетней давности, хранящимися в музейных коллекциях, ученые смогли определить, что около трети видов птиц, гнездящихся в Чикаго, перенесли откладку яиц в среднем на 25 дней. И, насколько могут судить исследователи, виновником этого сдвига является изменение климата.

"Коллекции яиц - это такой увлекательный инструмент, позволяющий нам изучать экологию птиц с течением времени", - говорит Джон Бейтс, куратор птиц в Музее Филда и ведущий автор исследования. "Мне нравится, что в этой работе объединены старые и современные наборы данных, чтобы рассмотреть эти тенденции за 120 лет и помочь ответить на действительно важные вопросы о том, как изменение климата влияет на птиц".

Бейтс заинтересовалась изучением коллекции яиц музея после редактирования книги о яйцах. "Как только я познакомился с нашей коллекцией яиц, я задумался о том, насколько ценны данные этой коллекции, и как эти данные не воспроизводятся в современных коллекциях", - говорит он.

Сама коллекция яиц занимает небольшую комнату, заставленную шкафами от пола до потолка, каждый из которых содержит сотни яиц, большинство из которых было собрано сто лет назад. Сами яйца (вернее, только их чистые, сухие скорлупки, содержимое которых было выдуто сто лет назад) хранятся в небольших коробках и сопровождаются этикетками, часто написанными от руки, на которых указано, какой птице они принадлежат, откуда они, и когда именно они были собраны, вплоть до дня.

"Эти первые люди, занимавшиеся яйцами, были невероятными естествоиспытателями, чтобы делать то, что они делали. Чтобы искать гнезда и заниматься коллекционированием, нужно знать птиц", - говорит Бейтс. "Они очень точно определяли, когда птицы начинают нестись, и это позволяет, на мой взгляд, очень точно определять даты, когда были отложены яйца".

Коллекция яиц Филда, как и большинство других, сократилась после 1920-х годов, когда сбор яиц вышел из моды, как для любителей, так и для ученых. Но коллега Бейтса Билл Страусбергер, научный сотрудник Филда, много лет работал над паразитизмом коровок в Мортонском дендрарии в пригороде Чикаго, взбираясь по лестницам и осматривая гнезда, чтобы увидеть, где буроголовые коровы откладывали яйца для высиживания другими птицами. "Он должен был выходить туда каждую весну и находить как можно больше гнезд и смотреть, паразитируют они или нет, поэтому мне пришло в голову, что у него есть современные данные о гнездовании", - говорит Бейтс. Крис Уилан, эволюционный эколог из Иллинойского университета в Чикаго, также внес свой вклад в современный набор данных, собрав данные о гнездовании певчих птиц в Чикаголенде, начиная с 1989 года, когда он начал работать в Мортонском дендрарии. По словам Бейтса, вклад Уилана и Страусбергера в исследование был очень важен, потому что "найти гнезда гораздо сложнее, чем почти все думают".

"Найти гнезда и проследить их судьбу до успеха или неудачи - чрезвычайно трудоемкая и сложная задача", - говорит Уилан. Мы научились распознавать то, что я называю "гнездовым" поведением. Оно включает в себя сбор материала для гнезда, например, веток, травы, корней или коры, в зависимости от вида птиц, или захват пищи, например, гусениц, но не потребление пищи - это, вероятно, указывает на то, что родители добывают пищу для птенцов". Уилан и его команда использовали зеркала, установленные на длинных шестах, чтобы заглянуть в высоко расположенные гнезда, и тщательно отслеживали даты откладки и вылупления яиц.

Затем исследователи получили два больших набора данных о гнездовании: один примерно за 1880-1920 годы, а другой - за период с 1990 по 2015 годы. "В середине образовался пробел, и именно здесь появился Мейсон Фидино", - говорит Бейтс. Фидино, специалист по количественной экологии из чикагского зоопарка Линкольн-парк и соавтор исследования, построил модели для анализа данных, которые позволили им устранить пробел в середине 20 века, а также различия в выборке между ранними сборщиками яиц и исследованиями Уилана и Страусбергера.

"Из-за этой неравномерной выборки нам пришлось разделить немного информации между видами в рамках нашей статистической модели, что может помочь немного улучшить оценки для редких видов", - говорит Фидино. "Мы все довольно быстро поняли, что в данных могут присутствовать некоторые отклонения, которые, если их не учесть, могут оказать довольно большое влияние на результаты. Поэтому нам пришлось построить нашу модель таким образом, чтобы уменьшить общее влияние любых выбросов, если они присутствуют в данных".

Анализ показал удивительную тенденцию: среди 72 видов, по которым имелись исторические и современные данные в регионе Чикаголенд, около трети гнездились все раньше и раньше. Среди птиц, чьи привычки гнездования изменились, они откладывали свои первые яйца на 25,1 дня раньше, чем сто лет назад.

Помимо иллюстрации того, что птицы откладывают яйца раньше, исследователи искали причину этого. Учитывая, что климатический кризис резко повлиял на многие аспекты биологии, исследователи рассматривали повышение температуры как возможное объяснение более раннего гнездования. Но ученые столкнулись с другой проблемой: в регионе нет последовательных температурных данных за столь длительный период. Поэтому они обратились к косвенному показателю температуры: количеству углекислого газа в атмосфере.

"Мы не смогли найти ни одного источника долгосрочных данных о температуре на Среднем Западе, что было удивительно, но вы можете приблизительно определить температуру по уровню углекислого газа, который очень хорошо задокументирован", - говорит Бейтс. Данные об углекислом газе поступают из различных источников, включая химический состав ледяных кернов из ледников.

Количество углекислого газа в атмосфере с течением времени четко отображается на более крупных температурных тенденциях, и исследователи обнаружили, что оно также коррелирует с изменениями в сроках откладывания яиц.  "Глобальное изменение климата не было линейным в течение этого почти 150-летнего периода, и поэтому виды могли также нелинейно сдвигать сроки откладки яиц. Поэтому мы включили в нашу модель как линейные, так и нелинейные тенденции", - говорит Фидино. "Мы обнаружили, что смоделированные данные были очень похожи на наблюдаемые, что говорит о том, что наша модель хорошо справилась со своей задачей".

Изменения температуры кажутся небольшими, всего несколько градусов, но эти небольшие изменения приводят к цветению различных растений и появлению насекомых, что может повлиять на пищу, доступную для птиц.

"Большинство птиц, которых мы изучали, питаются насекомыми, а сезонное поведение насекомых также зависит от климата. Птицам приходится переносить сроки откладывания яиц, чтобы приспособиться", - говорит Бейтс.

И хотя птицы, откладывающие яйца на несколько недель раньше, могут показаться незначительными в общей схеме вещей, Бейтс отмечает, что это часть более масштабной истории. "Птицы в районе нашего исследования, а это более 150 видов, имеют разную эволюционную историю и разную биологию размножения, поэтому все дело в деталях". Эти изменения в сроках гнездования могут привести к тому, что они будут конкурировать за пищу и ресурсы так, как раньше не конкурировали", - говорит он. "Есть множество действительно важных нюансов, о которых нам необходимо знать, чтобы понять, как животные реагируют на изменение климата".

Бейтс говорит, что исследование не только служит предупреждением об изменении климата, но и подчеркивает важность музейных коллекций, особенно коллекций яиц, которые часто используются недостаточно. "В коллекциях по всему миру хранится 5 миллионов яиц, и, тем не менее, очень мало публикаций, использующих музейные коллекции яиц", - говорит Бейтс. "Они являются сокровищницей данных о прошлом, и они могут помочь нам ответить на важные вопросы о нашем сегодняшнем мире".