Изменение климата: влияние на сперму может быть ключом к вымиранию видов
С 1980-х годов участившиеся и усилившиеся волны жары стали причиной большего числа смертей, чем любые другие экстремальные погодные явления. «Отпечатки пальцев» экстремальных событий и изменения климата широко распространены в природном мире, где популяции демонстрируют стрессовые реакции.
Распространенный «отпечаток» более теплого мира — это сдвиг ареала, когда распространение вида смещается на большие высоты или мигрирует к полюсам. Обзор нескольких сотен исследований показал средний сдвиг на 17 км к полюсу и на 11 метров вверх по склону каждое десятилетие. Однако если изменения температуры слишком интенсивны или загоняют виды в географические тупики, в жаре происходят локальные вымирания.
В 2003 году 80% соответствующих исследований обнаружили «отпечатки» среди видов — от трав и деревьев до моллюсков и млекопитающих. Некоторые мигрировали, некоторые меняли цвет, некоторые изменяли свои тела, а некоторые сдвигали сроки жизненных циклов. Недавний обзор более 100 исследований показал, что 8–50% всех видов окажутся под угрозой из-за изменения климата.
Высокие температуры и вымирания
В настоящее время у нас тревожно ограниченные знания о том, какие биологические признаки чувствительны к изменению климата и, следовательно, ответственны за локальные вымирания. Однако потенциальным кандидатом является мужская репродукция, поскольку ряд медицинских и сельскохозяйственных исследований теплокровных животных показал, что мужское бесплодие возникает во время теплового стресса.
Однако до недавнего времени это редко изучалось за пределами плодовых мушек у холоднокровных животных. Это несмотря на то, что эктотермы — организмы, которые полагаются на тепло окружающей среды для поддержания подходящей температуры тела — составляют большую часть биоразнообразия. Удивительно, но почти 25% всех видов, как считается, являются жуками.
Мучной хрущак (Tribolium castaneum) — полезный эктотерм для крупных экспериментов по репродукции, так как они могут пройти путь от яйца до взрослой особи за месяц при 30°C. Самки могут хранить мужскую сперму в специализированных органах, называемых сперматеками, и им нужно сохранить всего 4% от одной эякуляции, чтобы иметь возможность производить потомство до 150 дней.
Чтобы изучить влияние волн жары на репродукцию, жуков подвергали либо стандартным контрольным условиям, либо пятидневным температурам волны жары, которые были на 5°C–7°C выше их предпочтительной температуры. После этого жуки спаривались, и в ходе различных экспериментов искали повреждения их репродуктивного успеха, формы и функции спермы, а также качества потомства.
Мы обнаружили, что температуры волны жары в 42°C сокращали вдвое количество потомства, которое могли произвести самцы, по сравнению с 30°C, причем некоторые самцы вообще не могли производить потомство, а зрелая сперма, хранящаяся у самок, также повреждалась от волн жары. Однако репродуктивная продуктивность пар, где только самки переживали пятидневное событие волны жары, была схожей при всех температурах.
Снижение, вероятно, было связано с сочетанием факторов: самцы стали хуже спариваться, передавалось меньше спермы, меньше переданной спермы было живой, меньше спермы сохранялось в сперматеках самок и больше спермы было повреждено и бесплодно.
Два результата были особенно тревожными. Эти жуки, как и многие холоднокровные животные, могут жить годами и, вероятно, столкнутся с множественными волнами жары. Когда мы подвергали самцов двум событиям волны жары с интервалом в десять дней, производство их потомства составляло менее 1% от потомства не нагретых самцов.
Это говорит о том, что последовательные волны жары могут усугублять ущерб от предыдущих. Повреждение долголетия потомства и мужской фертильности было еще одним эффектом, который усугублялся в последовательных поколениях и мог привести к спиральному снижению численности популяции.
Знание того, какие аспекты биологии могут быть нарушены при более высоких температурах, необходимо для понимания того, как изменение климата влияет на природу. Надеемся, что эти новые знания помогут предсказать, какие виды, скорее всего, окажутся уязвимыми, что позволит защитникам природы подготовиться к грядущим проблемам.