A megállóhelyek üzemanyag-ellátási viszonyai enyhíthetik a vándorló madarak sarkvidéki felmelegedési hatásait

Tárgyak

A cikk kiadói javítását 2018. november 30-án tették közzé

Ez a cikk frissült

Absztrakt

Az éghajlat felmelegedése alatt a vándorló madaraknak össze kell igazítaniuk a szaporodási dátumokat a fejlődő növényi és ízeltlábú fenológiával. Hogy korábban megérkezzenek a szaporodási területekre, a migránsok felgyorsíthatják a tavaszi vándorlást az eltöltött idő csökkentésével úton, esetleg a túlélési arány csökkenése árán. Egy egész repülési út mentén évtizedes megfigyeléssorozat alapján megmutatjuk, hogy ha az üzemanyag-feltöltés ideje korlátozott, a tavaszi állomáshelyen az ételbőség változása befolyásolja az erőnlétet. A Nyugat-Afrikából a Szibériai-sarkvidékre vándorló rúdfarkú istennők csökkentik az üzemanyag-feltöltési időt az európai állomáshelyükön, és így szoros kapcsolatot tartanak fenn a tenyésztési és a tundra-fenológia között. Az éves túlélési valószínűség rövidebb tankolási időkkel csökken, de pozitív korrelációban áll az üzemanyag-feltöltési sebességgel, ami viszont korrelál az ételbőséggel a megállási területen. Ez a hatáslánc azt jelenti, hogy a mérsékelt égövi viszonyok meghatározzák az istenfélék képességét arra, hogy megbirkózzanak az Északi-sarkvidék éghajlattal kapcsolatos változásaival.

Bevezetés

A globális felmelegedés globálisan nem egységes. A sarkvidéken az éghajlati változások a legerősebbek 1,2, a tavaszi fenológiában a legmagasabb az előrehaladás mértéke, ami ellentétben áll az egyenlítői régiók lassabb változásával. Azok a vonuló madárpopulációk, amelyek nem képesek megfelelni a tenyésztés időzítése és az erőforrások helyi fenológiája között, alacsony szaporodási teljesítményt mutatnak, és csökkenésük 3,4. Úgy tűnik, hogy egyes populációk képesek követni a tavaszt a szaporodási helyeken, de keveset tudunk arról, hogy milyen fitnesz költségekkel jár az ilyen kiigazítás. Számíthatunk arra, hogy ezek a költségek különösen magasak lesznek a távolsági migránsok esetében, akiknek az éves ciklusa magában foglalja a széles körben elkülönített helyek használatát, eltérő fenológiai sodródással.

Hogy megvizsgáljuk a sarkvidéki tenyészmadarak szaporodási időzítésének a tundra általános fenológiájának fejlődéséhez való hozzáigazításával járó alkalmassági kompromisszumot, rúdfarkú istenféléket vizsgáltunk (Limosa lapponica taymyrensis; a továbbiakban istenveretek). Ez a populáció azon számos távolsági vándorló partimadár közé tartozik, amelyek a nyugat-afrikai telelőhelyekről utaznak, hogy az Orosz Északi-sarkvidéken szaporodjanak, egyetlen (kb. 25 napos) megállással az északnyugat-európai Watt-tengeren 5,6. Az istentiszteletek április végén érkeznek a Wadden-tenger árapályos területeire - május elejére egy körülbelül 5000 km-es non-stop repülés után, és rendelkezésre álló idejük nagy részét 7,8-at etetik. A madarak kevesebb, mint egy hónap alatt megduplázzák testtömegüket, ami a következő 5000 km hosszú vándorútjukat az északi-sarki tenyészterületre táplálja 9 .

Vizsgálatunk egyesíti az istenfélékre és azok táplálékkészleteire vonatkozó adatokat a fő telelési, tavaszi tankolási és szaporodási helyeken a repülési út mentén. Annak érdekében, hogy részletesen nyomon kövessük, hogy az egyes madarak hogyan kötik össze ezeket a helyeket, 2016-ban nyolc adócsontot műszereztünk műholdas adókkal. A populációs tendenciák becsléséhez 2002 és 2016 között minden télen madarakat számoltunk a fő telelési területen, a Banc d'Arguin-ban (Mauritánia, Nyugat). Afrika. Az északi irányú vándorlás során a Watt-tengeren rendezett istenfélék esetében megvizsgáltuk az éves tankolási arány és a fő zsákmányuk, a felnőtt fülesférgek (Arenicola marina), egy 21 éves adatkészlet és egy hierarchikus Bayes-modell felhasználásával, amelyek figyelembe vették az évspecifikus érkezési dátumokat és az istenfélék érkezési tömegét.

Az istenfélék szexuálisan dimorfak, a nőstények 17% -kal nagyobbak, mint a hímek 6. Emiatt a Wadden-tengeren érkező tömeg és tankolási arányt nemtől függőnek tekintettük. A Wadden-tengerből való indulási dátumokat úgy vonták le, hogy levonták a vándorlás időtartamát (műholdas adókkal 2016-ban nyerték) az orosz sarkvidéki Taimyr-félszigeten a tenyészterületen megfigyelt érkezési dátumokból (1. kiegészítő táblázat). Ezután minden nem esetében megbecsültük az üzemanyag-feltöltési idő és az üzemanyag-fogyasztás sebességének hatását az egyedileg színnel jelölt madarak későbbi túlélési valószínűségére. Az éghajlatváltozásnak az istenfélék tenyészökológiájára gyakorolt hatásainak értékeléséhez megvizsgáltuk a hóolvadás 10 dátumának és a parti madárcsibék fő táplálékának megjelenésének a hatását (kifejlett daru legyek; Tipula sp. 11,12) az istenfélék érkezési és tenyésztési dátumai 25 éves periódus alatt (1992–2016).

A daru legyek megjelenése az Északi-sarkvidéken a hóolvadás fejlődésével összhangban halad. Az istenfélék követik ezeket a változásokat, korábban megérkeznek a szaporodási területekre, és korábban is fészket kezdeményeznek. Ezt úgy kezelik, hogy lerövidítik a Watt-tengeren az üzemanyag-feltöltés idejét, de ez alacsonyabb későbbi túlélési valószínűséggel jár, mivel a rövidebb időt nem kompenzálja teljes mértékben a magasabb tankolási arány. Bizonyos mértékben a Wadden-tenger nagyobb élelmiszer-sűrűsége növeli azt a szintet, amelyen a mérsékelt égbolt partjain mérsékelhető az északi-sarki felmelegedés.

Eredmények

Az istenfélék tavaszi vándorlása és tenyésztési fenológiája

A Taimyr-i istenfehér tenyészterületen a hóolvadás dátuma 0,73 ± 0,16, azaz é. d év −1 (P 1. táblázat Az elemzés eredményeinek részletei

Az istenfélék műholdas követése megerősítette a korábban javasolt migrációs stratégiát 6, amely a gyors és közvetlen vándorlást tette lehetővé Nyugat-Afrika és a Watt-tenger, valamint a Wadden-tenger és Taimyr között (1c. Ábra). Az egyes madarak csak tíz alkalommal álltak meg tíz vonulási szakasz során (kettő Nyugat-Afrikától a Wadden-tengerig és nyolc a Wadden-tengertől Taimyrig) átlagosan 1,8 napos (legfeljebb 2,8 d) időtartamra, és teljesítették a Wadden-tenger közötti 5000 km-es vándorlási szakaszt. és Taimyr kb. 5,5 nap (átlag = 5,16, sd = 2,09, medián = 5,72, n = 8). A watt-tengeri üzemanyagtöltő telepre való megérkezés dátuma az idő múlásával nem változott jelentősen (−0,04 ± 0,06 d év −1, P = 0,49, 1. táblázat, 5. sor, 1a. Ábra). A tenyészterületre érkezés és a tengelykapcsoló-beavatkozás dátuma azonban előrehaladt (−0,70 ± 0,27 d év −1, P = 0,03, 1. táblázat, 6. sor; és −0,28 ± 0,10 d év −1, P = 0,01, 1. táblázat, 8. sor). Ezt az előrelépést úgy érték el, hogy a madarak hajlamosak voltak arra, hogy 1995 és 2015 között 16% -kal lerövidítsék tankolási idejüket a Watt-tengeren (−0,24 ± 0,13 nap −1, P = 0,08, 1. táblázat, 9. sor).

Az istenveretek éves túlélési valószínűsége

A Watt-tengerben felhalmozódott üzemanyag-töltet az utántöltési idő és az utántöltési ráta szorzata 13. Ez a kapcsolat azt jelenti, hogy a madarak rövidebb idő alatt elérhetik ugyanolyan testraktár-szintet, ha növelik tankolási arányukat. Azonban a tankolási idő csökkenésével összefüggésben a vizsgálati időszak alatt az istenfélék éves túlélési valószínűsége 2% -kal csökkent (−0,08 ± 0,01 logit skálán, ΔQAICc = 35,11, 1. táblázat, 10. sor). A csökkentett tankolási idő túlélésre gyakorolt negatív hatása erősebb volt a nőknél (2,86 ± 0,43, 2b. Ábra), mint a férfiaknál (1,43 ± 0,44, 2c. Ábra), és a nemek közötti különbség statisztikailag szignifikáns volt (ΔQAICc = 4,73 táblázat 1., 12. sor). Az üzemanyag-feltöltési ráta hatása a túlélésre (0,96 ± 0,45 logit skálán, ΔQAICc = 2,14, 1. táblázat, 13. sor) nem különbözött szignifikánsan a nemek között (ΔQAICc = 1,61, 1. táblázat, 14. sor).

Kapcsolat az üzemanyag-feltöltési idő és a feltöltési körülmények között, valamint az istenveretek későbbi éves túlélése. a A Watt-tenger tankolási ideje 1995 és 2015 között lerövidült. Az istenfélék látszólagos éves túlélése a Wadden-tenger üzemanyag-feltöltési idejétől és tankolási sebességétől függ (b, nőstényeknek és c, a férfiaknál), és ezért az éves túlélés 1995-ös szinten tartásához szükséges tankolási arány jelentősen megnőtt (6,6 g d −1, nem pedig 4,9 g d −1 a férfiaknál, és 9,9 g/d, és nem 5,6 g d −1 nőnél). Godwits részben ellensúlyozta az időveszteséget azáltal, hogy növelte tankolási arányukat (d nőstényeknek és f hímeknél). Az üzemanyag-feltöltési arány korrelált a felnőtt fülesférgek sűrűségével (e és g). h A Wadden-tengeren található Lugworm sűrűség kielégítette a hímivarú, de nem női istenek megnövekedett tankolási igényeit

Az üzemanyag-feltöltési arány korrelált a felnőtt fülesférgek sűrűségével (0,20 ± 0,03, P −1 év −1 mindkét nemnél, P = 0,006, 1. táblázat, 18. sor, 2d. És f) ábra. A megnövekedett tankolási arány részben ellensúlyozta a csökkentett tankolási idő túlélési valószínűségre gyakorolt hatását. A férfiaknál az éves túlélési valószínűség 2015-ben 3% -kal magasabb volt a vártnál, ha az üzemanyagtöltési arány 1995 óta nem változott volna. Nőknél a túlélés kompenzációja 2% volt. Az éves túlélési valószínűség csökkenése, amelyet a Watt-tengeri tankolás során bekövetkezett változások okoztak, hozzájárulna az évi 4,0 ± 1,6% -os népességcsökkenéshez (P(λ −1), a hímeknek átlagosan 20 sűrűségű m 2 sűrűségre lenne szükségük. Ezek a sűrűségek alkalmanként fordulnak elő a Watt-tengeren. A nőstényeknek azonban a teljes kompenzáció érdekében 9,9 g d −1 nyomáson kell tankolniuk, ehhez 32,7 fülmoly m –2 szükséges, ez az átlagos sűrűség, amelyet a Wadden-tengeren a vizsgálati időszak alatt soha nem tapasztaltunk (2h ábra).

Vita

Hosszú távú, félgömbméretű megfigyeléseink fontos és korábban fel nem ismert mechanizmust sugallnak, amellyel a vándormadarak megbirkóznak a globális változásokkal. Ahelyett, hogy több webhely használata egyszerűen 3,14 felelősség lenne, lehetőségeket nyújthat az évszakok közötti kompenzációra 15. Sok más, 16,17,18 fajtól eltérően a rúdfarkú istenfélék igazították a szaporodási területekre való érkezésüket és a tenyésztés kezdetét, ezáltal követve a fő ízeltlábúak zsákmányának szaporodását a szaporodási területeken. Ezt úgy érték el, hogy lerövidítették a Watt-tengeren eltöltött üzemanyag-periódusukat, bár alacsonyabb túlélés árán, főleg az alacsony fülesféreg-sűrűségű években.

Annak ellenére, hogy az istenek képesek voltak kompenzálni a csökkentett tankolási időt a tankolási arányok emelésével, ezek az arányok nem voltak elégségesek azokban az években, amikor a kukacosféreg alacsony volt. Ilyen években az istenfélék alsó testrészekkel hagyták el a Wadden-tengert, ami veszélyeztette későbbi túlélési valószínűségüket. A nőstények érzékenyebbek voltak a rövidebb tankolási időkre, mint a hímek, talán azért, mert nagyobbak és magasabb energetikai szükségleteik vannak, például szükségük van a tojás termelésére a tundra tenyészterületére érkezés után 19. Számításaink szerint az utántöltő nőstényeknek a Wadden-tengeren az elmúlt két évtizedben megfigyelt átlagnál 2,2-szer nagyobb sűrűségre van szükségük, hogy teljes mértékben ellensúlyozzák a megfigyelt rövidebb időtartamot (2h ábra).

A Wadden-tenger tankolási körülményei kritikusak ahhoz, hogy az istenellátók megbirkózzanak a sarkvidéki tenyészterületeken bekövetkezett korábbi hóolvadásokkal. Annak ellenére, hogy az üzemanyag-feltöltési arányokat nem csak az élelmiszer-hozzáférhetőség határozza meg, hanem fiziológiásan korlátozhatja 20,21 és más környezeti tényezők, például a zavarási arányok 22, az állomások javulása a megállóhelyeken növelheti a túlélési arányt az istenféléknél. Így a Wadden-tengeren keresztül haladó istenfélék lakosságára gyakorolt negatív éghajlatváltozási hatások enyhítése érdekében fenn kell tartanunk számukra az üzemanyagellátás feltételeit. Első lépésként javasolhatjuk a mechanikus fülesférgek betakarításának felfüggesztését a holland Wadden-tengeren 23 .

Az általunk vizsgált rúdfarkú populáció csak egy a sok távolsági vándorló madár közül, amelyet az Északi-sark gyors globális felmelegedése váltott ki 24. Az üzemanyag-feltöltési arány élelmiszerrel kapcsolatos korlátozásai valószínűleg általános problémát jelentenek azokban a lakosságban, amelyeknek lépést kell tartaniuk az előre haladó rugókkal. Kijózanító felismerés, hogy az ilyen üzemanyagtöltő területeket a világ egyes részein 25 rosszul védik, és sokukat teljesen elveszítik vagy minőségük romlik a városi és ipari fejlesztések 26, 27, 28 között. Az északi-sarkvidéki tenyészvándorló madarak állomáshelyeinek erőforrásainak maximalizálására összpontosító proaktív, nemzetközi együttműködések elősegíthetik a világ változóan változó életközösségei közötti kapcsolat fenntartását.

Mód

A hóolvadás távérzékelési adatokból származik

A NOAA Climate Data Record (CDR) becsléseket használtuk a hótakaró kiterjedésére egy 100 × 100 km-es rácson távérzékelési adatok alapján 10. Az 1992–2017 közötti heti hótakaró borult a taymyrensis rúdfarkú istenverte 29. Az egyes rácssejtek esetében a hóolvadás dátumát a folyamatos hótakaró utáni másnapra becsültük. A szaporodási tartomány éves hóolvadási dátumát az összes rácssejt átlagos dátumának, a tenyészhelyen (délkelet-Taimyr) az éves hóolvadás dátumát a két legközelebbi NOAA rácssejt átlagának becsültük. Mivel a hóolvadás dátumainak teljes tartománya nem különbözött szignifikánsan a szántóföldi trendtől (a teljes hóolvadási dátum lineáris regressziójának meredeksége a délkelet-Taimyrnél nem különbözött szignifikánsan az 1,00 ± 0,76 egységtől, t = 1,32, d.f. = 35, P = 0,20) az alábbi elemzések során a helyszínen használt hóolvadási dátumokat használtuk.

A NOAA CDR-adatok bizonytalansági becslése 3-5% -on belül van, de mivel a hótakarót naponta rögzítették a 30. szántóföldön is (72,8 ° É, 106,0 ° K, 1. kiegészítő táblázat), megvizsgáltuk, hogy a távérzékelési adatok megegyeznek-e a terepi megfigyeléseinkkel . A szántóföldi mérésekből származó hóolvadási dátumokon a mezőhöz legközelebb eső két NOAA rácscella lineáris regressziójának meredeksége nem különbözött szignifikánsan az egységtől (0,97 ± 0,129, t = −0,2, d.f. = 16, P = 0,84), és az elfogás (0,18 ± 1,05) nem különbözött szignifikánsan a 0-tól (t = 0,17, d.f. = 16, P = 0,87). A hó adatok feldolgozásáról és elemzéséről a Támogató információk című részben olvashatunk 31 .

Adatgyűjtés a Taimyr-félsziget tenyészterületein

Az istenfélék első szaporodási helyekre való beérkezésének dátumát naponta ellenőrizték Khatanga falu közelében, a kh 72,0 ° kh 102,5 ° -ban, az AG és a Taimyrskiy Természetvédelmi Terület más munkatársai 1992 és 2016 között. a felnőtt daruval repül (Tipula sp.) MS, ER és a Taimyr-parti madarak megfigyelésének többi résztvevője rögzítette Taimyr délkeleti részén (ÉSZ 72,8 °, KH 106,0 °) egy másik helyen. Minden évben négy négyzetkilométernyi területet kerestek szisztematikusan fészkek után. A tengelykapcsoló megindításának dátumát vagy a tojásrepüléssel 32, vagy a rögzített keltetési dátumok alapján végzett visszaszámítással határozták meg. A tengelykapcsoló megindításának dátumát mind a 13 talált fészekben, és a Taimyrnél összegyűjtött összes fenológiai adatot az 1. kiegészítő táblázat mutatja be. Az időbeli fenológiai tendenciákat a megfigyelt dátumok lineáris regressziójának meredekségeként határozták meg az évek során. Az összes adat és elemzési kód elérhető kiegészítő információként 31 .

A fenológiai adatok strukturális egyenleteinek modellezése

A megfigyelt fenológiai változók közötti statisztikai ok-okozati viszony becsléséhez útelemzést alkalmaztunk, a strukturális egyenletek modellezésének speciális esetét, a 33,34-et. A javasolt modellben megbecsültük a fenológiai változók közötti lehetséges ok-okozati összefüggések erősségeit (a Watt-tengerre való megérkezés dátuma, a Taimyrbe való megérkezés dátuma, a tengelykapcsoló-iniciáció, a hóolvadás és a darulégy megjelenése). A modell csak egy független változót, az időt (évet) tartalmazta. A modell felépítését az 1b. Ábra mutatja be. Feltételeztük, hogy a változók látens állapotúak és változó-specifikus, normálisan elosztott hibák: