Группа канадских и американских специалистов собрала массовые данные по распространению шмелей за последние сто лет. В их базе данных оказалась информация по 67 видам североамериканских и европейских видов. Эти данные показывают, что с севера граница видовых ареалов в целом остается на месте, тогда как южная сдвигается к северу. Одновременно с уменьшением ареала шмели осваивают высокогорные участки; особенно четко эта тенденция проявилась в южных участках ареалов, где температура значительно повысилась по сравнению с серединой ХХ века. В целом, подобная динамика ареалов может быть связана с происхождением шмелей: их видообразование проходило в умеренной, а не тропической зоне.

В современной научной литературе множество работ, посвященных реакции флоры и фауны на климатические сдвиги. Меняются сроки наступления сезонов, меняются средние температуры по сезонам, количество осадков и многое другое. Это, с одной стороны, серьезная угроза стабильности экосистем и новые реалии в управлении запутанным человеческим хозяйством, а с другой стороны, вызывает неизменный академический интерес. Ведь это действительная возможность проследить эволюционные изменения в реальном масштабе времени. Биологи наблюдают за отдельными видами (см., например, новости: Редкая бабочка размножилась из-за перемены климата, «Элементы», 31.05.2012; Потепление на севере Европы заставляет голодать птенцов мухоловки-пеструшки, «Элементы», 05.05.2006; Изменение ветров, дующих над Южным океаном, пошло на пользу альбатросам, «Элементы», 26.01.2012), изучают генетические изменения в ответ на смену климата (Потепление климата работает против гомозиготных особей, «Элементы», 31.07.2014), наблюдают за изменением поведения при сезонных сдвигах (Зайцы-беляки не заботятся о камуфляже, «Элементы», 01.05.2014).

Подобные исследования предваряют более широкие обобщения, которые стали появляться в последние годы. Важно увидеть общую картину фаунистических трендов, которые выявляются при анализе множественных данных по разным континентам и видам. К таким работам относится, например, интеграция данных по 117 видам перелетных птиц Европы (Потепление климата угрожает благополучию перелетных птиц, «Элементы», 24.02.2011). Пока не слишком хорошо отработана техника сбора и анализа данных, результаты получаются весьма противоречивыми (Перелетные птицы не так уж и боятся потепления, «Элементы», 11.01.2007). Поэтому в данной области исследований первоочередной задачей стоит накопление единообразных данных и их надежная интерпретация. Иначе невозможно понять, что значит «глобальное потепление» для глобального разнообразия. И стоит ли вообще этот вопрос на повестке дня.

В этом смысле интересное исследование представила международная группа зоологов под руководством Джереми Керра (Jeremy T. Kerr) из Университета Оттавы (Канада). Ученые проверили, как влияет потепление климата на двух континентах — в Европе и Северной Америке — на распространение шмелей. Для этого они свели воедино все имеющиеся в мире данные по всем видам шмелей начиная с начала XX века (рис. 1). После удаления из этого массива записей с отсутствующими или ненадежными географическими привязками осталось 423 411 записей по 31 американскому виду и 369 239 записей по 36 европейским видам. В общей сложности получилось 67 видов шмелей (всего в Америке и Европе известно 214 видов). На каждый вид пришлось в среднем по 536 записей. Время наблюдений разделили на 4 части. Промежуток с 1901-го по 1974 год считался базовым уровнем. А следующие три декады — с 1975-го по 1986-й, с 1987-го по 1998-й, с 1999-го по 2010-й — должны были показать динамику изменения ареалов.

Рис. 1. Карты с распределением данных по всем видам шмелей за весь период наблюдения. А — в Северной Америке, В — в Европе. Для каждой точки оценивалось расстояние от экватора, и эти оценки затем служили характеристикой распространения вида. Карты из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Для каждой точки подсчитали расстояние от экватора, для каждого вида показали самую северную и самую южную точку его распространения в выбранные периоды времени. Кроме того, из метеорологических источников для каждой точки выбрали среднегодовую температуру в год наблюдения, из топографических карт — высоту над уровнем моря. Понадобились и данные по землепользованию и пестицидной нагрузке для каждой точки и каждому году наблюдения. Правда, последнее оказалось доступно только для Северной Америки, где инсектициды стали интенсивно использоваться в 80-х годах и с этого времени существуют соответствующие данные по 149 наиболее востребованным типам пестицидов.

Северная граница ареалов для американских и для европейских видов за прошедшие тридцать лет в целом никуда не сдвинулась, хотя для отдельных видов переместилась на тысячу километров севернее, а для некоторых американских видов — на 800 км к югу (рис. 2, А). При этом температура вдоль северной границы ареала повысилась примерно на 2,5°С (рис. 2, B). Южная граница распространения шмелей заметно сдвигалась к северу, в среднем на 200–300 км (рис. 2, C). Те места, которые шмели предпочли оставить, вероятно, оказались в последнее время слишком для них жаркими, так как в исторических местах обитания шмелей стало в среднем на 4 градуса теплее (рис. 2, D).

Рис. 2. Показатели пространственного распределения видов шмелей. А — сдвиг северной границы ареалов видов; по оси абсцисс — расстояние от экватора до северной границы ареала для видов в середине ХХ века, по оси ординат — смещение соответствующей границы в начале XXI века в северном направлении. B — то же самое, что и А, но вместо расстояния по оси абсцисс отложена минимальная температура, а по оси ординат — изменение температуры на северной границе ареала. C — расстояние от экватора до южной границы распространения видов. D — то же самое, что и С, но вместо расстояния по оси абсцисс отложена максимальная температура, а по оси ординат — изменение температуры на южной границе ареала. Каждая цветная точка обозначает среднее пяти наблюдений одного вида шмелей, зеленые точки — данные по Европе, розовые — по Северной Америке. Сплошные линии показывают усредняющие приближения, полосы вокруг линий — 95-процентные доверительные «зоны». Графики из обсуждаемой статьи в Science

Также виды с более южными ареалами показали четкую тенденцию забираться выше в горы — видимо, там прохладнее (рис. 3). Виды с северными ареалами, напротив, заняли более низкие местообитания: их регистрировали в последнее десятилетие на высотах примерно на 200 м ниже исторической границы.

Рис. 3. Изменение положения высотных границ для видов шмелей по сравнению с 1974 годом для разных широт. График из обсуждаемой статьи в Science

Разделив виды на близкие филогенетические кластеры, ученые рассмотрели, имеются ли общие тенденции для видов внутри кластеров. Им удалось показать, что родственные виды реагируют на климатические сдвиги единообразно. К сожалению, этот интересный вывод они не проиллюстрировали как следует, хотя именно он показывает эволюционную и долговременную составляющую фаунистических изменений. Если вывод ученых относительно сходства реакций в близких родственных группировках подтвердится, то можно будет с цифрами в руках обсуждать динамику адаптивного пространства надвидовых таксонов. Это исключительно важное для экологии понятие чаще всего не получает эмпирического выражения.

Нужно заметить, что не выявилось никаких корреляций между сдвигами ареалов видов и применением инсектицидов или изменений в землепользовании. По всей видимости, этот аспект человеческой деятельности в ее существующем объеме не сильно влияет на ареалы шмелей. Хотя ранее было проведено внушительное число исследований, демонстрирующих губительное действие инсектицидов на шмелей. К этому выводу авторов работы ученые будут присматриваться особенно тщательно и критически.

В целом исследование показывает, что ареал шмелей не сдвигается к северу вслед за изменениями температуры, зато ужимается с юга, в результате общая площадь ареала снижается. Это само по себе не означает, что шмели в Северном полушарии вымирают, но это симптом активного ответа на текущие климатические изменения. Какие факторы сдерживают продвижение ареала к северу, неизвестно. Ясно, что это не климат, так как, где это возможно, шмели занимают более высотные пояса. Иными словами, в высокогорных районах они следуют за температурными сдвигами. Продвижение к северу южной границы показывает их низкую толерантность к перегреву. Вероятно, это объясняется их исконным приспособлением к умеренным широтам. Напомню, что перегрев может оказаться серьезным фактором, формирующим ареал. Наиболее известной иллюстрацией этого явления может служить позднепермский (265–255 млн лет назад) температурный максимум. В это время многие циркумтропические виды стали биполярными, исчезнув из перегретой экваториальной зоны. Возможно, шмели позволяют увидеть воочию это явление.

В перспективе интересно сравнить, как разные видовые группы шмелей с разной термотолерантностью и разным временем и местом происхождения реагируют на климатические сдвиги. Это, во-первых, станет основательным примером для эволюционной биогеографии (а пока их совсем немного), во-вторых, позволит более обдуманно подходить к сохранению экосистем в современном мире. Для этого имеются и массивы данных, и отработанные методики.