Новое исследование проясняет связь между температурой и размерами животных

Исследование под руководством учёных из Техасского университета в Остине раскрыло новые детали о тонкой и ранее плохо изученной эволюционной взаимосвязи между температурой и изменениями размеров частей тела животных. Работа даёт важное представление о том, как животные, в частности птицы, могут адаптироваться к быстрому росту температур из-за глобального изменения климата.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, охватило почти 7000 видов наземных неперелётных птиц (почти две трети всех видов) и было сосредоточено на том, как морфология птиц эволюционировала в зависимости от градиентов температуры окружающей среды и других факторов отбора.

Два широко признанных в биологии «правила» указывают, что при изменении локальных температур животные, вероятно, корректируют способность к теплообмену, меняя размеры тела и конечностей.

• Правило Бергмана гласит, что в холодном климате формируются более крупные тела, так как они помогают сохранять тепло, а меньшие — отдавать его. Например, белый медведь более чем в 2½ раза выше в холке, чем малайский медведь из экваториальных регионов.
• Правило Аллена касается конечностей, таких как лапы, уши и клювы, утверждая, что животные в холодном климате, как правило, имеют меньшие конечности, поскольку они обладают большей площадью поверхности относительно объёма и хорошо подходят для отдачи тепла. Например, арктические беляки имеют короткие ноги и уши, а пустынные зайцы-русаки — очень длинные.

«Проблема в том, что всё, что мы знаем об экологии, говорит нам: изменение размеров тела и конечностей может быть проблематичным», — отметил Карлос Ботеро, ведущий автор статьи.

Например, при уменьшении размера тела птицы могут не суметь охотиться на ту же пищу, что и их предки. А изменение среднего размера или формы клюва может сделать их менее эффективными в добыче пищи или создать трудности с воспроизведением типичных брачных песен.

Многие предыдущие исследования не нашли подтверждения этим предсказаниям, и данные биологические правила сейчас являются предметом споров. Новое исследование может прояснить эту дискуссию, показав, что хотя закономерности, предсказанные Бергманом и Алленом, встречаются в природе, два отдельных механизма дополняют друг друга в рамках птичьих линий.

Исследователи также хотели выяснить, почему небольшое число семейств птиц всё же следуют правилам, которые большинство других, кажется, обходит. Они обнаружили, что во многих таких случаях виды столкнулись с неким естественным ограничением.

• Например, совы реагируют на градиенты температур в основном через изменение размера тела: арктическая бородатая неясыть имеет тело длиной почти 2 фута (_{61 см), тогда как её родственница, центральноамериканский сычик-эльф, обитающая в тропиках, — всего около 5 дюймов (}13 см). Однако у этих птиц высокоспециализированные клювы почти одинакового размера.

  «Когда ваша тактика охоты зависит от размера и формы клюва, эта структура — последнее, что вы захотите изменить», — пояснил Джастин Болдуин, первый автор статьи. — «В результате, вероятно, менее проблематично менять только размер тела».

• Другой пример — тиранновые мухоловки. Хохлатый тиранн-крошка обитает в самых холодных частях Южной Америки и имеет крошечный клюв, помогающий сохранять тепло. Его родственник, ширококлювая пегая мухоловка, имеет сравнительно массивный клюв и живёт в более тёплых тропических районах. Оба вида имеют небольшие размеры тела.

  «Когда ты уже очень мал и тебе нужно отдавать тепло, может быть трудно стать ещё меньше, поэтому следующая лучшая доступная опция — увеличить клюв», — добавил Болдуин.