چرخه زنده حشرات: برخی سازگار با تغییرات اقلیمی، برخی نه!

تحقیقات جدید در مورد جمعیت ملخ‌ها و تغییرات اقلیمی

با کاهش جمعیت حشرات در سرتاسر جهان، که برخی آن را «آخرالزمان حشرات» نامیده‌اند، زیست‌شناسان به شدت در تلاشند تا بفهمند این موجودات شش‌پا چگونه به یک دنیای گرم‌تر واکنش نشان می‌دهند و برندگان و بازندگان بلندمدت را پیش‌بینی کنند. یک مطالعه جدید در مورد ملخ‌های کلرادو نشان می‌دهد که هرچند پاسخ‌ها پیچیده هستند، زیست‌شناسان بسیاری از اطلاعات لازم برای پیش‌بینی این تغییرات و آماده‌سازی برای عواقب آن را در اختیار دارند.

یافته‌های این تحقیق که در تاریخ ۳۰ ژانویه در نشریه PLOS Biology منتشر شد، به لطف کشف تصادفی ۱۳,۰۰۰ ملخ که همگی از یک مکان کوهستانی در کلرادو بین سال‌های ۱۹۵۸ تا ۱۹۶۰ توسط یک زیست‌شناس از دانشگاه کلرادو بولدر جمع‌آوری شده بودند، حاصل شده است. پس از فوت ناگهانی آن دانشمند در سال ۱۹۷۳، این مجموعه توسط پسرش نجات یافت و به موزه CU اهدا شد، جایی که تا سال ۲۰۰۵ در آنجا باقی ماند تا اینکه سزار نوفیو، که آن زمان محقق پسادکتری بود، آن را دوباره کشف کرد.

نوفیو شروع به ساماندهی این مجموعه کرد و یک بار دیگر از همان مکان‌ها بازدید کرد تا ملخ‌های بیشتری جمع‌آوری کند. ملخ‌های تازه جمع‌آوری شده به نوفیو و همکارانش – کارولین ویلیامز از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، لورن باکلی از دانشگاه واشنگتن در سیاتل و محقق پسادکتری مونیكا شفر که در هر دو مؤسسه مشغول به کار است – این امکان را داد تا تأثیر تغییرات اقلیمی را در طول ۶۵ سال گذشته بر اندازه‌های شش گونه ملخ ارزیابی کنند.

از آنجا که حشرات خون‌گرم نیستند و حرارت بدن خود را تولید نمی‌کنند، دما و نرخ رشد و توسعه آن‌ها به گرمایش محیط بسیار حساس‌تر است. با وجود گمانه‌زنی‌های فراوان مبنی بر اینکه حیوانات برای کاهش استرس حرارتی در برابر گرمایش اقلیمی، اندازه‌شان کوچک‌تر خواهد شد، زیست‌شناسان دریافتند که برخی از گونه‌های ملخ در طول دهه‌ها بزرگ‌تر شده‌اند و از بهار زودرس برای چاق شدن بر روی سبزیجات استفاده کرده‌اند. این تنها برای گونه‌هایی که به عنوان جوان در زمستان باقی می‌مانند – مرحله‌ای به نام «دیاپوز نوزادی» – کارساز بود و بنابراین می‌توانند در بهار زودتر شروع به تغذیه کنند.

گونه‌هایی که در بهار از تخم‌هایی که در پاییز گذاشته شده‌اند، بیرون می‌آیند – تخم‌های دیاپوز – این مزیت را نداشتند و در طول سال‌ها کوچک‌تر شدند، احتمالاً به دلیل خشک شدن زودتر گیاهان. شفر گفت: “این تحقیق تأکید می‌کند که قطعاً گونه‌هایی وجود خواهند داشت که برنده و بازنده هستند، اما زیرگروه‌های درون این جمعیت‌های گونه‌ای، بسته به زمینه‌های اکولوژیکی یا محیطی خود، پاسخ‌های متفاوتی خواهند داشت.”

نویسندگان این مطالعه جدید بسیاری از این پیش‌بینی‌ها را بر اساس چرخه‌های زندگی ملخ‌ها و شرایط محیطی در محل انجام دادند. ویلیامز، رئیس کرسی جان ال. و مارگارت بی. گامپرتز در زیست‌شناسی یکپارچه در UC Berkeley، گفت: “ما نشسته و به تمام اطلاعات موجود در مورد این سیستم، مانند شیب‌های ارتفاعی و چگونگی تأثیر آن بر پاسخ‌ها و اینکه ملخ‌های مختلف چگونه ممکن است واکنش نشان دهند، نگاه کردیم و با تمام اطلاعاتی که درباره تاریخ طبیعی آن‌ها داشتیم، پیش‌بینی‌هایی انجام دادیم. و در حالی که همه پیش‌بینی‌های ما تأیید نشد، بسیاری از آن‌ها واقعاً تأیید شدند.”

باکلی گفت: “فهمیدن اینکه کدام گونه‌ها احتمالاً برنده و کدام بازنده خواهند بود در مواجهه با تغییرات اقلیمی واقعاً چالش‌برانگیز بوده است.” او افزود: “امیدواریم این کار شروع به نشان دادن برخی اصول کند که می‌توانیم با استفاده از آن‌ها پیش‌بینی‌ها را بهبود بخشیم و بفهمیم چگونه به تغییرات اکوسیستمی ناشی از تغییرات اقلیمی به‌طور مناسب واکنش نشان دهیم.”

ملخ‌های نجات‌یافته

مجموعه ملخ‌های ۶۵ ساله توسط حشره‌شناس گوردون الکساندر از دانشگاه CU Boulder در طول سه تابستان جمع‌آوری شده است.

تحقیقات جدید درباره تغییرات اندازه ملخ‌ها در کالیفرنیا

او نه تنها نمونه‌هایی را از مناطق کوه‌های راکی نزدیک بولدر جمع‌آوری و آماده‌سازی کرد، بلکه زمان‌بندی شش مرحله مختلف زندگی ملخ‌ها را نیز مستند کرد. مرگ او در یک سانحه هوایی در سال 1973 باعث شد نمونه‌ها، که در 250 جعبه چوبی به‌طور منظم چیده شده بودند، تا سال 2005 در بلاتکلیفی بمانند. در این سال، نوفیو به آن‌ها برخورد و ارزششان را در مقایسه با ملخ‌های امروزی شناسایی کرد.

مجموعه‌های موزه‌ای به‌دلیل مطالعات بلندمدت درباره تأثیرات تغییرات اقلیمی به منبعی ارزشمند تبدیل شده‌اند. به‌عنوان مثال، یک نظرسنجی از پستانداران، پرندگان، خزندگان و دوزیستان که بین سال‌های 1904 تا 1940 توسط جوزف گرینل از موزه جانورشناسی مهره‌داران دانشگاه کالیفرنیا، برکلی انجام شد، بررسی‌های مجدد از همان مناطق 100 سال بعد از بازدید گرینل، به زیست‌شناسان کمک کرد تا تأثیرات تغییرات اقلیمی بر حیات وحش کالیفرنیا را مستند کنند.

نوفیو و بسیاری دیگر در نهایت حدود 17,000 نمونه جدید ملخ از همان یا مناطق مشابه اطراف بولدر جمع‌آوری کردند. در حالی که مقاله جدید اولین گزارشی است که تغییرات اندازه ملخ‌ها را بین سال‌های 1960 و 2015 مستند می‌کند، نویسندگان از مطالعات قبلی در آزمایشگاه و از قطعات آزمایشی استفاده کردند تا بفهمند چرا الگوهایی که مشاهده کردند، به‌دست آمده است.

این حشرات از یک گروه بزرگ ملخ‌های غیرقابل توصیف در خانواده آکریدیدا هستند که به آن‌ها ملخ‌های کوتاه‌horned می‌گویند. بیشتر آن‌ها علف‌خواران عمومی بودند، هرچند برخی در علف‌ها تخصص داشتند. دو گونه (Eritettix simplex و Xanthippus corallipes) به‌عنوان نوزادان دیاپوزر شناخته می‌شوند که به زودی به بلوغ می‌رسند؛ دو گونه دیگر (Aeropedellus clavatus و Melanoplus boulderensis) در اوایل فصل تخم‌گذاری دیاپوزر بودند و در اواسط ژوئن به بلوغ می‌رسیدند؛ و دو گونه (Camnula pellucida و Melanoplus sanguinipes) در اواخر فصل تخم‌گذاری دیاپوزر بودند و در اواخر ژوئیه به بلوغ می‌رسیدند.

محققان دریافتند که نوزادان دیاپوزر در ارتفاعات پایین‌تر، حدود 6000 فوت، افزایش اندازه داشتند، در حالی که ملخ‌های زودرس و دیررس از تخم‌های زمستانی در این ارتفاعات در طول دهه‌ها کاهش اندازه داشتند. ویلیامز گفت: “برای آن‌هایی که در اواخر آگوست بیرون می‌آیند، زمانی که هوا بسیار خشک و داغ است، ما بیشترین تأثیرات منفی تغییرات اقلیمی را مشاهده کردیم.”

اما یکی از چیزهایی که محققان را شگفت‌زده کرد این بود که هیچ‌یک از گونه‌ها در ارتفاعات بالاتر، تا حدود 13000 فوت، افزایش اندازه نداشتند، با وجود اینکه گرمایش تابستانی به‌دلیل تغییرات اقلیمی در ارتفاعات بالاتر بیشتر است. این ممکن است به این دلیل باشد که در ارتفاعات بالاتر، برف باعث تأخیر در سبز شدن اوایل فصل می‌شود و تأمین غذا را کاهش می‌دهد.

نتایج تأیید می‌کند که تیم چه چیزی را زمانی که ملخ‌ها را در ارتفاعات مختلف محبوس کردند تا ببینند چگونه به تغییرات دما و خشکی در ارتفاعات سازگار می‌شوند، پیدا کرده است. باکلی گفت: “داده‌ها با این فرض سازگار است که ملخ‌ها یا می‌توانند از گرمایش بهره‌برداری کنند و بزرگ‌تر شوند و زودتر بیرون بیایند، یا تحت استرس قرار بگیرند و کوچک‌تر شوند.”

آزمایشات دیگری که باکلی بر روی پروانه‌ها انجام داد، نشان‌دهنده برخی از همین روندها است. او گفت: “ما پیام نسبتاً مشابهی با پروانه‌ها پیدا می‌کنیم که برای من امیدوارکننده است، به این معنا که اگر بتوانیم برخی اصول بیولوژیکی پایه را در نظر بگیریم، واقعاً توانایی پیش‌بینی پاسخ‌های تغییرات اقلیمی را افزایش می‌دهیم.”

تیم به همکاری خود ادامه می‌دهد تا تغییرات متابولیکی، بیوشیمیایی و ژنتیکی که زیرساخت تغییرات اندازه را تشکیل می‌دهند، درک کند. ویلیامز گفت: “استفاده از آن مجموعه‌های موزه‌ای به ما این امکان را داد که به زمان گذشته برگردیم و دقیقاً همان مکان‌ها را مقایسه کنیم – در این 60 سال دوره گرمایش، هیچ تغییری در استفاده از زمین وجود نداشت – با استفاده از دقیقاً همان روش‌شناسی.”

دیگر نویسندگان همکار این مطالعه شامل جولیا اسمیت از دانشگاه واشنگتن؛ سیمران باوا از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی؛ و ابونی تیلور، مایکل تروتمن و شان شاوویل از دانشگاه ویسکانسین، مدیسون هستند. این کار توسط بنیاد ملی علوم (DEB-1951356، DEB-1951588، DEB-1951364) حمایت شده است.