Перемещение вверх по горным склонам может оказаться для насекомых сложнее, чем считалось ранее. На большой высоте подходящая температура сочетается с более низким атмосферным давлением, меньшей доступностью кислорода и сниженной плотностью воздуха. Эти условия способны ограничивать расселение отдельных видов, следует из исследования, опубликованного в журнале Functional Ecology.
Работу подготовили исследователи Университета Монтаны Х. Артур Вудс, Паркер Гусман и Закари Шевирон. Учёные проанализировали результаты физиологических экспериментов, посвящённых влиянию высоты на обмен веществ, полёт, рост, водный баланс и устойчивость насекомых к нагреванию.
По мере изменения климата многие горные виды смещают границы своих ареалов вверх по склонам, сохраняя привычный температурный режим. Такие перемещения уже зарегистрированы у ряда насекомых. Однако скорость и направление изменений заметно различаются между видами и популяциями.
Одним из ограничивающих факторов может стать снижение парциального давления кислорода. Его доля в составе воздуха с высотой почти не меняется, но из-за падения общего атмосферного давления количество доступных молекул кислорода уменьшается.
Насекомые получают кислород через трахейную систему — сеть воздушных каналов, соединённых с внешней средой. При высокой активности потребность тканей в кислороде возрастает. Особенно значительная нагрузка возникает во время полёта, когда мышцы крыльев работают с высокой интенсивностью.
Сопоставление результатов экспериментов показывает, что у чувствительных видов снижение физиологической активности может проявляться на высотах от 2 тыс. до 4 тыс. метров. Наиболее восприимчивыми к таким условиям исследователи называют летающих взрослых насекомых и активно растущие ювенильные стадии.
Дополнительную нагрузку создаёт уменьшение плотности воздуха. Для поддержания полёта насекомым приходится затрачивать больше энергии, одновременно обеспечивая мышцы кислородом и регулируя температуру тела. На способность вида закрепиться на новой высоте при этом влияют условия, в которых проходят все стадии его жизненного цикла.
Пониженное давление может отражаться и на водном балансе. Во время дыхания водяной пар выходит через трахейную систему, а в разреженном воздухе этот процесс способен ускоряться. Особенно заметным он может быть у активно летающих насекомых, температура тела которых значительно превышает температуру окружающей среды.
Охлаждение воздуха с высотой частично снижает испарение. Поэтому воздействие горных условий зависит от активности, температуры тела, строения дыхательной системы и способности конкретного вида сохранять влагу.
Исследователи также рассмотрели связь между недостатком кислорода и переносимостью высоких температур. Наиболее выраженная зависимость отмечается у личинок водных насекомых. Они развиваются в ручьях и озёрах, где доступность растворённого кислорода определяется температурой и характеристиками водоёма, а после превращения во взрослых особей расселяются по воздуху.
На распространение горных насекомых наряду с физиологическими условиями влияют наличие кормовых растений и добычи, состояние почв, снежный покров, конкуренты, паразиты и доступность мест для размножения. Перемещение ареала зависит от сочетания этих факторов на всех стадиях развития.
Авторы считают, что влияние атмосферного давления и доступности кислорода необходимо учитывать при прогнозировании изменений ареалов горных насекомых. Подходящая температура на большей высоте может сопровождаться другими физиологическими условиями, определяющими способность вида жить и размножаться в новой среде.
