Самая северная встреча мигрирующих многоцветниц

Специалисты ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН (г. Архангельск) представили находку мигрирующего вида дневных бабочек на островах Высокой Арктики: на мысе Желания (вблизи северной оконечности Новой Земли) обнаружены две особи многоцветницы черно-рыжей.  Обитающая в Сибири и на Урале, бабочка была замечена ранее в Якутии. Расширение ареала многоцветницы ученые связывают с влиянием потепления климата на распространение этого вида. В этой связи не исключено перемещение на север и других более южных видов животных

 

Интенсивное развитие сельского хозяйства, вырубка лесов, зеленое благоустройство городов становятся порой причиной потери естественной среды обитания насекомых и влияют на их миграцию и динамику активности.  Однако изменение климата является важнейшим фактором для понимания механизма приспособления чешуекрылых, особенно проникающих из южных областей в высокие широты Земли.

Сотрудникам ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН и Национального парка «Русская Арктика» (г. Архангельск) удалось зафиксировать ближе к Северному полюсу, на Северном острове архипелага Новая Земля миграцию бабочки многоцветницы черно-рыжей. Реконструировав климатическую обстановку и погодные условия, ученые выявили причины дальних миграций и массового размножения соответствующих видов на материковых территориях. Архангельские биологи провели также анализ всех находок мигрирующих дневных бабочек на островах арктического региона: ими оказались обычные и самые распространенные виды, но обнаруженные по дальности только дважды за всю историю натурного наблюдения. Результаты исследования недавно представлены в научном журнале NOTA LEPIDOPTEROLOGICA (VOL. 44, 2021). 

Иван Николаевич Болотов – доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, директор Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики им. акад. Н.П. Лаверова УрО РАН (г. Архангельск), руководитель лаборатории молекулярной экологии и филогенетики Северного (Арктического) федерального университета

Иван Николаевич Болотов – доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, директор Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики им. акад. Н.П. Лаверова УрО РАН (г. Архангельск), руководитель лаборатории молекулярной экологии и филогенетики Северного (Арктического) федерального университета

Автор снимка Мария Гусакова

Иван Николаевич Болотов – доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, директор Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики им. акад. Н.П. Лаверова УрО РАН (г. Архангельск), руководитель лаборатории молекулярной экологии и филогенетики Северного (Арктического) федерального университета (г. Архангельск)  –  рассказал  как мигрирующие виды южных бабочек оказались на островах арктических архипелагов, почему это уникальное событие так значимо для исследователей и рассматривается в научном сообществе как чуткий биоиндикатор климатических изменений.

В последнее время в северных широтах отмечен факт появления бабочек, что объясняется и тёплой погодой в этих регионах, и благоприятными условиями для размножения, и активной тенденцией к озеленению в крупных городах страны. В то же время есть бабочки, которые приспособлены жить в холодных регионах: в Сибири, на Чукотке и Камчатке и даже на некоторых арктических островах.  Тем не менее удивительным стал феномен появления южных бабочек-мигрантов в Арктике.

Какое понимание дает это явление вопросам, связанным с закономерностями и путями глобальных миграций животных, Иван Болотов популярно пояснил:

«Есть целый ряд видов бабочек, распространение которых не выходит за пределы арктической зоны. Это особые виды, хорошо приспособленные к жизни в условиях экстремально холодного климата. Известные российские ученые академик РАН Юрий Иванович Чернов и доктор наук Андрей Татаринов в свое время подготовили исчерпывающий обзор по дневным бабочкам в фауне Арктики и рассмотрели адаптации таких видов к тундрам и полярным пустыням. Мы же говорим о так называемых мигрирующих видах чешуекрылых, основной ареал которых располагается гораздо южнее. Например, бабочка-репейница – широко известный мигрант. Зимой этот вид размножается в Африке. Далее весной мигрирует в Южную и Центральную Европу, а летом в отдельные годы может достигать Северной Европы и арктических островов. В таежной зоне он может успешно размножаться, причем осенью потомство возвращается обратно на юг, используя северные ветра, преобладающие в этот период. Однако прилетевшие в Арктику репейницы погибают: здесь слишком короткий сезон и нет подходящих кормовых растений для гусениц. Кроме репейницы, есть еще целый ряд видов дневных бабочек, которые способны к дальним миграциям и изредка могут достигать арктических архипелагов (см. Рис. 1)».

Рисунок 1. Находки мигрирующих видов дневных бабочек (показаны в виде картинок) на островах Высокой Арктики. Красные звездочки показывают места находок бабочек-мигрантов: 1 – Северный остров, Новая Земля; 2 – остров Вайгач; 3 – остров Долгий; 4 – остров Колгуев; 5 – Шпицберген; 6 – Южная Гренландия; 7 – Центральная Гренландия. Розовые звездочки показывают районы Сибири, где была обнаружена вспышка массового размножения многоцветницы черно-рыжей в 2019-2020 годах: 8 – Якутск; 9 – Тикси. Заштрихованные круги показывают предполагаемые территории масштабной экспансии многоцветницы в Восточной Сибири в 2020 году (А1) и район Полярного Урала, где эти бабочки регулярно встречались с 1970-х годов (А2).

Рисунок 1. Находки мигрирующих видов дневных бабочек (показаны в виде картинок) на островах Высокой Арктики. Красные звездочки показывают места находок бабочек-мигрантов: 1 – Северный остров, Новая Земля; 2 – остров Вайгач; 3 – остров Долгий; 4 – остров Колгуев; 5 – Шпицберген; 6 – Южная Гренландия; 7 – Центральная Гренландия. Розовые звездочки показывают районы Сибири, где была обнаружена вспышка массового размножения многоцветницы черно-рыжей в 2019-2020 годах: 8 – Якутск; 9 – Тикси. Заштрихованные круги показывают предполагаемые территории масштабной экспансии многоцветницы в Восточной Сибири в 2020 году (А1) и район Полярного Урала, где эти бабочки регулярно встречались с 1970-х годов (А2).

Основа карты: The CAFF Map No. 14 (Arctic Council; http://library.arcticportal.org/id/eprint/1336).

По словам ученого, «изучение миграций бабочек в Арктику позволяет выяснить, на какие предельные дистанции в северном направлении способен расселяться тот или иной вид. Более того, находки южных видов бабочек на арктических островах – свидетельство потепления климата на материке. Соответственно, бабочки могут рассматриваться как чуткие биоиндикаторы глобальных климатических изменений. Встречи мигрирующих бабочек на арктических архипелагах чрезвычайно редки и каждая такая находка – уникальное и значимое событие с точки зрения фундаментальной науки, заслуживающее отдельного всестороннего анализа и публикации».

Какой вид бабочек был отмечен вашим коллективом и чем он уникален? Как они могли здесь оказаться?

«На северной оконечности Новой Земли (мыс Желания) в 2020 году сотрудниками Национального парка «Русская Арктика» были обнаружены особи многоцветницы черно-рыжей. Наблюдалось две живые бабочки – одна в июле и вторая – в августе. Августовскую гостью удалось сфотографировать (см. Рис. 2).

Многоцветница черно-рыжая на северной оконечности Новой Земли. На верхнем снимке А показан общий вид исследовательской станции «Мыс Желания» Нацпарка «Русская Арктика», где были встречены бабочки (фото Стефана Граупнера). Станция находится вблизи северной оконечности Северного острова, в зоне полярных пустынь. На заднем плане виден невысокий горный хребет, покрытый ледниками и многолетними снежниками. На нижнем снимке В показана бабочка, отмеченная около станции 23 августа 2020 года

Многоцветница черно-рыжая на северной оконечности Новой Земли. На верхнем снимке А показан общий вид исследовательской станции «Мыс Желания» Нацпарка «Русская Арктика», где были встречены бабочки (фото Стефана Граупнера).

Станция находится вблизи северной оконечности Северного острова, в зоне полярных пустынь. На заднем плане виден невысокий горный хребет, покрытый ледниками и многолетними снежниками. На нижнем снимке В показана бабочка, отмеченная около станции 23 августа 2020 года

фото Вадим Захарьин

Иногда бабочек на отдаленные острова случайно завозят на морских или воздушных судах. Однако заходы судов на мыс Желания были единичны и не совпадали с датами находок бабочек, как и единственный вертолетный рейс из Нарьян-Мара. Поэтому мы исключили возможность заноса бабочек человеком и рассматриваем эти находки как отражение естественной миграции», – сообщил ученый.

Где обычно этот вид распространен?

«Многоцветница довольно многочисленна в Сибири и на Урале. К востоку от Урала нередки вспышки ее массового размножения: они ранее регистрировались учеными в 1958, 1967–1968, 1994 и 2002 годах. Между тем, в Европейской части России и странах Европы этот вид долгое время был редок, как минимум с 1880-х годов. В 2009-2010 гг. началась масштабная экспансия многоцветницы в Западную и Северную Европу. Эта экспансия была связана с ростом ее численности в Сибири, на Урале и на востоке Европейского субконтинента. Интересно, что подобное расширение ареала ранее было предсказано европейскими учеными, которые смоделировали, как повлияет потепление климата на распространение многоцветницы. Эта прогнозная модель представлена в книге «CLIMATIC RISK ATLAS OF EUROPEAN BUTTERFLIES», которая была издана в 2008 году, за год до начала экспансии бабочки в Европе. Таким образом, многоцветница может рассматриваться как очень чуткий биоиндикатор климатических изменений. В 2019-2020 гг. вспышка массового размножения многоцветницы была зарегистрирована в Восточной Сибири. Это явление неоднократно освещалось в региональных СМИ и социальных сетях. Наши специалисты в 2020 году наблюдали массовый лет этих бабочек в районе Якутска. Более того, бабочки были обычны в каменистых тундрах вблизи поселка Тикси, на побережье моря Лаптевых (см. Рис. 3).

Многоцветница черно-рыжая в районе Тикси, берег моря Лаптевых, Якутия. На верхнем снимке показан общий вид ландшафтов в районе поселка Тикси (фото Ольги Аксеновой).

Многоцветница черно-рыжая в районе Тикси, берег моря Лаптевых, Якутия. На верхнем снимке показан общий вид ландшафтов в районе поселка Тикси (фото Ольги Аксеновой).

На нижнем снимке показана многоцветница, пойманная около Тикси 5 августа 2020 года и хранящаяся в музее ФИЦКИА УрО РАН (фото Виталия Спицына)

Как подчеркнул Иван Болотов, «при подготовке статьи мы сделали обзор всех ранее известных находок мигрирующих видов дневных бабочек на островах Высокой Арктики. При этом мы не включали данные по некоторым более южным островным территориям, таким как Исландия и Фарерские острова. Бабочки-мигранты там встречаются с завидной регулярностью. Наш итоговый список включает всего лишь 15 уникальных находок бабочек на таких островах, как Шпицберген, Колгуев, Вайгач, Долгий, Новая Земля и Гренландия. Исследования показали, что шесть видов мигрирующих дневных бабочек могут достигать островов Высокой Арктики (см. ранее Рис. 1). Все это обычные и широко распространенные виды – репейница, адмирал, многоцветница черно-рыжая, траурница, брюквенница и боярышница. Самый дальний в мире залет мигрирующих бабочек на Север был зарегистрирован на острове Шпицберген в 1978 году. Это были репейницы. Наша находка многоцветниц на Новой Земле стала второй по дальности. Более того, это наиболее северная встреча мигрирующих многоцветниц, когда-либо зарегистрированная учеными».

Есть ли угроза со стороны внезапной миграции бабочек и без того малочисленному миру фауны Арктики (вероятность того, что во время остановки самки отложили яйца, из которых вылупившиеся личинки нанесут урон скудной арктической растительности)?

«Конечно, никакой угрозы для экосистем Арктики мигрирующие бабочки не несут. Интересно, что находки бабочек на островах Северного Ледовитого океана всегда связаны с массовым размножением соответствующего вида на какой-то материковой территории. При этом вспышки массового размножения бабочек и последующие миграции на Север обычно связаны с благоприятными климатическими условиями. Теплеет климат – возрастает частота вспышек массового размножения и интенсивность миграций.

Смогут ли мигрирующие бабочки закрепиться в Арктике в отдаленном будущем – неясно. Ключевой вопрос в том, насколько современное потепление климата будет устойчивым. Если имеющиеся долгосрочные прогнозы верны и потепление будет нарастать, южная граница Арктики будет смещаться к северу. Многолетняя мерзлота будет таять, и леса будут неуклонно приближаться к побережью Северного Ледовитого океана. Вслед за движением бореальных экосистем к северу будут двигаться и более южные виды животных, в том числе бабочки. Совсем недавно (4-6 тыс. лет назад) был такой тёплый период, его называют климатический оптимум голоцена. В это время лесные экосистемы были там, где сейчас тундровая зона. Широколиственные породы росли на Европейском Севере, например, в Карелии, Архангельской области и Республике Коми. Как видно, современному потеплению еще очень далеко от голоценового оптимума. Для значительного смещения границ природных зон нужны столетия, хотя постепенное продвижение границы леса в горах и на севере в последние три десятилетия уже прослеживается учеными», – считает Иван Болотов.

Как правило, во время фаунистических исследований поиск насекомых энтомологами ведется разными способами, но в данном случае это было несложно. Поскольку, по словам Болотова, «многоцветницы – бабочки крупные и хорошо заметные, особенно в условиях тундровой зоны. Поэтому их не составляет труда обнаружить. Для подтверждения факта находки необходим как минимум один собранный экземпляр или же качественная фотография, пригодная для определения бабочки. Сборы бабочек проводились с помощью энтомологического сачка».

Затем реконструкция климатических данных и воздушных течений проходит на основе открытых данных, которые предоставлены глобальными интернет-порталами. Архангельские ученые использовали Ventusky web application (https://www.ventusky.com; InMeteo, Pilsen, Czech Republic), что позволило им построить схему движения воздушных масс на заданные время и дату.

Ранее коллективом ФГБУН ФИЦКИА им. акад. Н.П. Лаверова УрО РАН была совершена экспедиция в Якутию, в ходе которой также обнаружена популяция многоцветницы.

Чем объясняется там факт появления и вспышки размножения бабочек? Есть какие-то общие черты (в Якутии и Арктике) их среды обитания и сходные причины миграции?

«Мы считаем, что массовое размножение многоцветницы в Сибири и её масштабные миграции на побережье Северного Ледовитого океана и на арктические острова в 2019-2020 гг. были обусловлены потеплением климата. Так, летний сезон 2020 года был необычайно тёплым. Достаточно отметить, что средняя температура воздуха в июле была третьей по величине с момента начала глобальных климатических измерений в 1880 году, а в августе – второй. Такая жаркая погода благоприятствовала развитию насекомых и их перелетам с помощью нагретых воздушных масс. Как я уже говорил, появление мигрантов в Арктике всегда связано с массовым размножением того или иного вида на материке. При увеличении численности бабочки часто начинают мигрировать в северном направлении, и вероятность того, что их занесет на арктические острова, резко возрастает», – выразил мнение Иван Болотов и обратил внимание на любопытное обстоятельство, – «Интересно, что обсуждаемое исследование по бабочкам – скорее серия удачно совпавших случайных событий, нежели итог целенаправленного научного поиска. Дело в том, что в Якутии мы работали в рамках гранта РНФ «Влияние ландшафтно-зональных условий и антропогенных воздействий на биологическое разнообразие и экосистемы пресных вод Арктики (в масштабе геологического и исторического времени)» (проект №19-14-00066, руководитель профессор М.В. Винарский, СПбГУ). Этот проект направлен на изучение систематики и филогеографии пресноводных животных арктической зоны. Основные полевые работы проводились в районе Тикси. Кроме того, были собраны материалы вблизи Якутска. В обоих районах участниками экспедиции попутно были собраны бабочки как дополнение к большим сборам гидробионтов из рек и озер этого региона. В то время, когда проводились эти исследования в Восточной Сибири, мы еще не знали о находках бабочек на Новой Земле, которые были сделаны сотрудниками Национального парка «Русская Арктика». Об этом стало известно только осенью, когда наши коллеги вернулись на материк. И тогда стало понятным, что прилет многоцветниц на Новую Землю связан с их массовым размножением в Восточной Сибири и экспансией к побережью Северного Ледовитого океана, которые наблюдались нами в Якутии. Элементы мозаики совпали, и оставалось только реконструировать воздушные потоки над океаном в периоды встреч бабочек на Новой Земле».

Каковы исходные материковые районы и выявленные естественные причины миграции? Каков главный вывод для понимания миграции бабочек?

«В итоге мы установили, что первая встреча многоцветницы на Новой Земле в июле была связана с мощным воздушным переносом с территории полуострова Ямал, когда тёплая воздушная масса на большой скорости шла в сторону мыса Желания с юга (см. Рис. 4). А в августе тёплая воздушная масса пришла на архипелаг с востока, с полуострова Таймыр. Таким образом, бабочки преодолели 580 – 650 км водного барьера вместе с преобладающими воздушными потоками. Можно сказать, что насекомые используют тёплые воздушные потоки как своеобразное аэротакси. Главное для них в этом случае держаться на нужной высоте, и поток сам перенесет их над океаном на островные территории. Продолжительность миграции в таком случае прямо зависит от скорости движения воздушного потока», – резюмировал директор ФИЦКИА УрО РАН.

Рисунок 4. Реконструкция преобладающих воздушных потоков и температур воздуха на севере Сибири и прилегающей части Северного Ледовитого океана на даты, соответствующие миграциям многоцветницы черно-рыжей в Арктику в июле (А) и августе (В) 2020 года. Белые стрелки показывают направления переноса воздушных масс. Красные окружности показывают наиболее вероятные области происхождения мигрантов на материке. Красные стрелки показывают вероятные пути миграции бабочек в Арктику с тёплыми воздушными потоками. 

Рисунок 4. Реконструкция преобладающих воздушных потоков и температур воздуха на севере Сибири и прилегающей части Северного Ледовитого океана на даты, соответствующие миграциям многоцветницы черно-рыжей в Арктику в июле (А) и августе (В) 2020 года. Белые стрелки показывают направления переноса воздушных масс. Красные окружности показывают наиболее вероятные области происхождения мигрантов на материке. Красные стрелки показывают вероятные пути миграции бабочек в Арктику с тёплыми воздушными потоками. 

Инфографика подготовлена с использованием программы открытого доступа Ventusky web application (https://www.ventusky.com; InMeteo, Pilsen, Czech Republic)

Примечательно, что в этом же томе журнала NOTA LEPIDOPTEROLOGICA (VOL. 44, 2021), в котором представлены результаты работы специалистов ФГБУН ФИЦКИА им. акад. Н.П. Лаверова УрО РАН параллельно другая группа ученых опубликовала статью о миграции другого вида бабочек (серая лиственничная листовертка) на остров Визе. 

О чем это говорит? Это свидетельство того, что потепление в Арктике увеличивает восприимчивость видов полярных экосистем к вторжению более южных видов?

«Да, это было несколько неожиданно. Эта статья размещена в журнале сразу же после нашей работы. Остров Визе находится гораздо дальше – в 340 км от северной оконечности Новой Земли и в 540 км от материкового побережья. Обнаружение мигрирующих листоверток на этом удаленном острове – большая удача. Эта замечательная находка уже показывает тенденцию: лето 2020 года в материковой Сибири было настолько тёплым, что здесь сложились подходящие условия для массового размножения и миграции разных видов бабочек. Зарегистрированы два вида, но их могло быть и больше.

Однако, как и в случае многоцветницы, устойчивое существование листовертки в Арктике на данном этапе невозможно, и мигранты летят на верную гибель. Биогеографы называют такую «шлейфовую» часть ареала зоной стерильного выселения – бабочки могут туда долететь, но размножение там невозможно в силу неблагоприятных условий. Однако эти факты показывают, насколько быстро может измениться фауна далеких островов при дальнейшем потеплении климата. Получается, что океанические просторы протяженностью до 500-700 км не являются значимой преградой для целого ряда видов бабочек, в том числе таких маленьких, как листовертки.

Основываясь на этих данных, можно предположить, что мигрирующие дневные бабочки могут достигать и других арктических архипелагов – например, долетать до Северной Земли или Новосибирских островов. Мигранты там еще никогда не регистрировались. Скорее всего, причина в том, что там некому зафиксировать такие миграции. Остается надеяться, что в будущем на этих удаленных архипелагах тоже появятся исследовательские станции, такие как станция «Мыс Желания» Нацпарка «Русская Арктика» на Новой Земле. Тогда у нас будет возможность более глубоко понять закономерности миграций насекомых в Высокую Арктику и связи этих процессов с глобальными изменениями климата», – Иван Болотов прокомментировал данный научный факт.

Таким образом, обнаруженные экземпляры чешуекрылых могли быть занесены в Арктику воздушными массами, а тенденции смещения видового ареала коррелируют с сезонными погодными условиями и глобальными климатическими трендами.