Тропическая рыба эволюционировала, чтобы выдерживать рост температур, но этого может быть недостаточно для выживания в условиях изменения климата

Изменение климата делает волны жары более частыми и интенсивными. Для Большого Барьерного рифа, крупнейшей в мире структуры из живой ткани, последствия очевидны: в 2020 году произошло третье за пять лет массовое обесцвечивание кораллов из-за длительных периодов с высокой температурой воды. Ученые недавно понизили статус состояния этой экосистемы до «критического».

Можно ожидать, что подвижные животные, такие как рыбы, справятся лучше, но температура их тела тесно связана с температурой окружающей воды. Рыбы могут уплывать от высоких температур, и многие виды сместили свои ареалы к полюсам или в более глубокие, прохладные воды. Но миграция не всегда возможна. Например, пресноводные рыбы ограничены своими родными реками или озерами. Их способность адаптироваться к высоким температурам может определить, выживут они или нет.

Выживание организма во время волны жары может зависеть от его верхнего термического предела — температуры, при которой организм больше не может функционировать. Некоторые популяции рыб уже живут в воде, близкой к их температурным пределам, и имеют лишь небольшой запас для безопасного переноса дополнительного потепления. По мере того как волны жары становятся более экстремальными, виды, которые не смогут эволюционировать достаточно быстро, могут вымереть.

В недавнем исследовании мы с коллегами из Норвежского университета естественных и технических наук измерили эволюцию термической толерантности на примере дикой популяции данио-рерио. В лабораторных условиях мы селективно разводили рыб, которые лучше всего сопротивлялись высоким температурам. За шесть поколений мы отобрали более 20 000 этих рыб в эксперименте, длившемся три года.

Изменение климата опережает эволюцию

Данио-рерио — это «лабораторные крысы» водного мира, но в дикой природе они обитают в мелких прудах и ручьях Южной Азии при температурах, очень близких к их термическим пределам. Мелкая вода может быстро нагреваться во время волн жары, поэтому данио-рерио — идеальный вид, чтобы понять, успеет ли эволюция за ростом температур.

После шести поколений селекции рыб с наивысшей термической толерантностью мы обнаружили, что этот верхний предел увеличивался на 0.04°C с каждым новым поколением. Это обнадеживает, но скорость изменений, вероятно, будет слишком медленной для большинства рыб. И хотя эволюция со временем помогла этому виду стать более устойчивым к высоким температурам, она ухудшила способность рыб к акклиматизации.

Акклиматизация — это процесс, при котором животные, подвергшиеся изменению окружающей среды, регулируют свою физиологию, чтобы лучше справляться с новыми условиями. В нашем эксперименте одна группа рыб акклиматизировалась к повышенным температурам в течение двух недель, что позволило повысить их термическую толерантность. Акклиматизация происходит внутри особей, а эволюция — между поколениями.

Однако данио-рерио не могут бесконечно повышать свою термическую толерантность. Мы обнаружили, что рыбы, эволюционировавшие для повышения верхнего термического предела, могли акклиматизироваться лишь к меньшему дополнительному потеплению. В конечном итоге их физиология, вероятно, достигнет температурного «потолка», который они не смогут преодолеть ни эволюцией, ни акклиматизацией, что приведет к гибели. Данио-рерио в их естественных местообитаниях в Индии будут с трудом успевать повышать свою толерантность в соответствии с прогнозируемой скоростью потепления.

Вполне возможно, что другие тропические виды, живущие близко к своим термическим пределам, столкнутся с аналогичной ситуацией и окажутся особенно уязвимыми к изменению климата. Температуры уже превышают эти пределы для определенных видов. Массовая гибель после волн жары была зафиксирована не только среди рыб, но и среди теплокровных животных, таких как тропические птицы и летучие мыши.

Изменение климата, вероятно, опережает эволюцию для многих тропических видов. Если мы не сократим радикально выбросы парниковых газов, многие популяции могут исчезнуть в ближайшие десятилетия.