Исследователи обнаружили необычную жароустойчивость у древесных ласточек

Цифровой скворечник с подогревом. Автор: Университет Индианы

Древесные ласточки используют поведенческие и физиологические механизмы, чтобы справиться с повышением температуры, и их история является оптимистичным примером того, как некоторые виды успешно реагируют на изменение климата, по крайней мере, на данный момент.

Сейчас трудное время для изучения птиц. Их численность сокращается, среда обитания меняется, а добыча исчезает, поскольку волны жары становятся все более распространенными и интенсивными. Тем не менее, Ким Росвалл и Мэри Вудрафф с факультета биологии Колледжа искусств и наук Университета Индианы в Блумингтоне выявили птицу, которая, похоже, на удивление хорошо справляется с некоторыми из этих проблем. Их многолетние исследования древесных ласточек показывают, что эти птицы могут использовать поведенческие и физиологические механизмы, чтобы справляться с жарой.

Возникает исследовательский вопрос

Зайдите в кабинет доцента Ким Росвалл, и вы не ошибетесь, что она изучает. Картины и даже вязаные фигурки древесных ласточек заполняют каждую стену и полку. Росвалл изучала переливающихся сине-зеленых и белых птиц в течение 20 лет, уделяя особое внимание агрессии.

Но недавно учёные заметили в древесной ласточке нечто странное.

Древесная ласточка движется на юг, расширяя ареал своего размножения на жарком и влажном юго-востоке США, в то время как большинство других видов птиц Северной Америки смещаются на север или вверх в горы, в более прохладные места.

Росвалл отправила это любопытное наблюдение по электронной почте тогдашней будущей аспирантке Мэри Вудрафф, которая сразу же заинтересовалась. «Как только мы встретились и сели, мы обменялись любезностями, и [Росвалл] спросила: «О чем ты хочешь поговорить?» — вспоминает Вудрафф, — «и я сказала: «Я хочу поговорить о древесных ласточках, перелетающих на юг».

«Мне нравится думать о зарождении нашей работы по теплу, потому что она была очень органичной и осуществлялась под руководством студентов», — сказал Росвалл. «Одна из вещей, которыми мы гордимся [на факультете], — это то, что мы позволяем студентам следовать своему сердцу и своему любопытству».

Несколько месяцев спустя Вудрафф присоединилась к лаборатории в качестве аспиранта и начала изучать образцы тканей ласточек деревьев со всех концов Соединенных Штатов. В частности, она исследовала уровни белков теплового шока (HSP) — класса молекул, участвующих в восстановлении поврежденных белков.

Она обнаружила, что птицы, гнездящиеся в более теплых регионах, имеют более высокий уровень HSP, чем их северные соседи, и задалась вопросом, помогают ли эти молекулы птицам переносить более высокие температуры.

Свои результаты она опубликовала в журнале Science of the Total Environment в 2023 году.

«Сначала мы подумали: «Ого, они полностью адаптированы к теплу! Даже эти молодые птенцы могут выдержать некоторую жару, если приспособиться к поведению», но потом мы сказали: «Подожди, а что, если было недостаточно жарко?», — рассказала Росвалл. «Я не хотела отказываться от того, что казалось хорошим вопросом», — добавила Вудрафф. Итак, они проверили безопасность, а затем подняли температуру на 1,7°C выше во втором исследовании (в настоящее время на сервере препринтов bioRxiv), что все еще намного ниже смертельного предела для древесных ласточек.

Когда птицы подвергались воздействию такой температуры в течение четырех часов, исследователи обнаружили как поведенческие, так и физиологические изменения. Древесные ласточки запыхались, распластались и активировали несколько физиологических реакций, включая HSP, антиоксиданты и противовоспалительные реакции. «В каком-то смысле поведения было недостаточно», — добавил Росвалл. «Им нужны были физиологические изменения, чтобы справиться с жарой».

Интересно, что исследователи также обнаружили длительный положительный эффект от кратковременной жары. «Птицы, подвергшиеся небольшому воздействию тепла, имели больше шансов дожить до репродуктивного возраста», — объясняет Росвалл.

«Стресс может открыть новые вариации, на которые может воздействовать отбор». Поскольку температура продолжает повышаться, древесные ласточки с более высоким уровнем HSP могут жить лучше и передавать свои гены следующему поколению, постепенно повышая со временем жароустойчивость.

Другие птицы и не только

Вудрафф завершила свою работу над древесными ласточками в декабре 2023 года, когда она успешно защитила диссертацию и получила докторскую степень в области эволюции, экологии и поведения. Тем не менее, она продолжает размышлять о своих экспериментах с теплом и призывает других исследовать аналогичные темы.

«Я была удивлена, что эта история была такой обнадеживающей, но я очень рада, что это так», — сказала Вудрафф. «Но как насчет вида, который, кажется, не так хорошо себя чувствует перед лицом изменения климата? Или что насчет того, когда потепление станет еще более значительным?»

Росвалл соглашается, задаваясь вопросом. «Если немного тепла полезно животному, можем ли мы что-нибудь сделать, чтобы помочь животным процветать в нашем теплеющем мире?»

Это большой вопрос, и для ответа на него потребуются гораздо больше исследований. Если бы животных можно было «подготовить» посредством кратковременного искусственного воздействия тепла на поведенческие и физиологические изменения, которые совершают древесные ласточки, они могли бы лучше справляться с повышением температуры из-за изменения климата.

Экспериментальные исследования того, как дикие птицы переносят жару, все еще находятся в зачаточном состоянии, но лаборатория Росвалл и ее стажеры будут продолжать продвигать эту область вперед и задавать эти нетрадиционные вопросы, всегда имея в качестве руководства древесную ласточку.

Источник: Indiana University