Ученые проанализировали, насколько быстро виды адаптировались к разному климату в прошлом, используя данные по 540 ныне живущим видам всех основных групп наземных позвоночных, включая земноводных, рептилий, птиц и млекопитающих. Затем они сравнили свои темпы эволюции с темпами изменения климата, прогнозируемыми на конец этого столетия. Это первое исследование, в котором сравниваются прошлые темпы адаптации к будущим темпам изменения климата.
Результаты, опубликованные в журнале Ecology Letters, показывают, что виды наземных позвоночных, по-видимому, эволюционируют слишком медленно, чтобы быть в состоянии адаптироваться к резко более теплому климату, ожидаемому к 2100 году. Исследователи предположили, что многие виды могут столкнуться с исчезновением, если они не смогут передвигаться или акклиматизироваться.
«У каждого вида есть климатическая ниша, которая представляет собой набор условий температуры и осадков в районе, где он обитает и где он может выжить», – пояснил Джон Дж.
Винс, профессор кафедры экологии и эволюционной биологии Колледжа естественных наук. "Например, некоторые виды встречаются только в тропических районах, некоторые – только в более прохладных умеренных зонах, некоторые живут высоко в горах, а некоторые – в пустынях."
Винс проводил исследование вместе с Игнасио Кинтеро, научным сотрудником аспирантуры Йельского университета.
«Мы обнаружили, что в среднем виды обычно приспосабливаются к различным климатическим условиям со скоростью только примерно на 1 градус Цельсия за миллион лет», – пояснил Винс. «Но если глобальная температура повысится примерно на 4 градуса в течение следующих ста лет, как предсказывает Межправительственная группа экспертов по изменению климата, то именно здесь вы получите огромную разницу в темпах. В целом это говорит о том, что простое развитие в соответствии с этими условиями может быть неприемлемым для многих видов."
Для своего анализа Кинтеро и Винс изучили филогении – по сути, эволюционные родословные, показывающие, как виды связаны друг с другом – на основе генетических данных. Эти деревья показывают, как давно виды отделились друг от друга.
Выборка охватила 17 семейств, представляющих основные живые группы наземных позвоночных, включая лягушек, саламандр, ящериц, змей, крокодилов, птиц и млекопитающих.
Затем они объединили эти эволюционные деревья с данными о климатической нише каждого вида, чтобы оценить, насколько быстро климатические ниши развиваются между видами, используя климатические данные, такие как среднегодовая температура и годовые осадки, а также высокие и низкие экстремумы.
«По сути, мы выяснили, насколько виды изменились в своей климатической нише на данной ветви, и если мы знаем, сколько лет тому или иному виду, мы можем оценить, насколько быстро климатическая ниша меняется с течением времени», – пояснил Винс. «Для большинства родственных видов мы обнаружили, что они эволюционировали, чтобы жить в местообитаниях со средней разницей температур всего около 1-2 градусов по Цельсию в течение от одного до нескольких миллионов лет."
«Затем мы сравнили темпы изменений с течением времени в прошлом с прогнозами, какими будут климатические условия в 2100 году, и посмотрели, насколько эти скорости различаются.
Если бы показатели были схожими, можно было бы предположить, что у видов есть потенциал, чтобы эволюционировать достаточно быстро, чтобы выжить, но в большинстве случаев мы обнаружили, что эти показатели различаются примерно в 10 000 раз или более », – сказал он.
«По нашим данным, почти во всех группах есть хотя бы некоторые виды, которые потенциально находятся под угрозой исчезновения, особенно тропические виды."
Виды могут реагировать на изменение климата, акклиматизировавшись без эволюционных изменений или перемещаясь по космосу, чтобы отслеживать предпочитаемый им климат.
Например, некоторые виды могут переместиться в более высокие широты или более высокие высоты, чтобы оставаться в подходящих условиях, когда климат потеплеет. Кроме того, многие виды могут потерять много популяций из-за изменения климата, но все же могут сохраниться как вид, если выживут некоторые из их популяций. За исключением любых этих вариантов, вымирание является наиболее вероятным исходом.
Он объяснил, что переезд в более подходящие климатические условия не всегда может быть вариантом для многих видов.
«Некоторые исследования показывают, что многие виды не смогут двигаться достаточно быстро», – сказал он. "Кроме того, для передвижения может потребоваться беспрепятственный доступ к местам обитания, которые не были сильно нарушены людьми. Или представьте себе вид, обитающий на вершине горы. Если там станет слишком жарко или пересохнет, они не смогут никуда уйти."
В более раннем исследовании Винс и соавторы спрашивали, что на самом деле может привести к вымиранию видов. Они показали, что исчезновение и сокращение видов в результате изменения климата чаще происходит из-за изменений во взаимодействии с другими видами, а не из-за неспособности физиологически справиться с изменяющимися условиями.
«То, что казалось серьезной движущей силой сокращения многих видов, было сокращение доступности пищи», – сказал Винс. "Например, снежный баран: если становится все суше и суше, трава становится редкой, и они умирают от голода.