Wytrzymałość czy plastyczność? Co zadecyduje o przetrwaniu owadów w tropikach?

Wydawałoby się, że nie może być lepszego miejsca do życia dla owadów niż lasy tropikalne – w końcu to tam żyje ok. 70% wszystkich gatunków tych zwierząt, jest ciepło, wilgotno… Czego chcieć więcej? Okazuje się jednak, że wysokie temperatury już teraz sprawiają, że owady w tropikach mają nieustannie “włączone” mechanizmy reakcji na stres cieplny. Co się więc będzie działo gdy temperatura jeszcze bardziej się podwyższy? Czy da się do wyższych temperatur “dostosować” i od czego będzie zależeć ten proces? Na te pytania postanowiła odpowiedzieć międzynarodowa grupa naukowców pod kierownictwem specjalistów z Uniwersytetu w Würzburgu (Holzmann i in., 2026)

Owady są zwierzętami zmiennocieplnymi, co oznacza, że ich temperatura ciała zależy od temperatury otoczenia, a ich metabolizm zwalnia w niskich temperaturach (wtedy owady są ospałe, ale też potrzebują mniej jedzenia), a przyspiesza w wyższych. Przyspieszenie metabolizmu nie może jednak trwać w nieskończoność – w pewnym momencie (z reguły powyżej 42℃, choć dla niektórych przypadkach tuż powyżej 30℃) białka tworzące ich organizmy zaczynają degradować, a układ nerwowy i mięśnie przestają poprawnie działać. W efekcie owady zapadają w śpiączkę cieplną (przestają się poruszać), co po kilku – kilkunastu godzinach prowadzi do ich śmierci (o ile wcześniej nie staną się ofiarą stałocieplnego ptaka bądź ssaka). 

Pozostaje więc pytanie czy zmiana klimatu i związane z nią wyższe temperatury mogą sprawić że owady w tropikach wyginą? By odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy przeanalizowali granice wydolności cieplnej ponad 2300 gatunków owadów, żyjących w Kenii (Afryka Wschodnia) i Peru (Amazonia) na różnych wysokościach (niziny, wyżyny, góry). Okazało się, że owady mieszkające na nizinach wykazywały wyższą tolerancję cieplną niż te żyjące w górach, podobnie jak te mieszkające w Kenii w porównaniu z tymi z Peru. Nie dziwi to specjalnie, gdyż w tych rejonach jest po prostu cieplej, więc owady które tam żyją muszą być w stanie znosić wyższe temperatury.

Zmiany w tolerancji cieplnej są bardzo, bardzo powolne 

Ciekawe jest jednak inna kwestia. Badacze przeanalizowali, jak tolerancja cieplna łączy się z pokrewieństwem między gatunkami. Okazało się, że jest to bardzo konserwowana ewolucyjnie cecha (tzn. zmiany w tolerowanej temperaturze są bardzo niewielkie i powolne) i że wykształciła się ona bardzo wcześnie, tak więc to zdolność do “wytrzymywania” wysokich temperatur decydowała o tym, jakie środowisko dane grupa owadów wybierze, a nie odwrotnie. 

Dla przykładu, muchówki, które cechują się raczej niską tolerancją na wysokie temperatury, wybierały wilgotne, mocno zacienione środowiska, podczas gdy prostoskrzydłe (np. świerszcze, szarańcze), wykazujące wyższą tolerancję cieplną, zamieszkują częściej otwarte, nasłonecznione tereny. Organizmom łatwiej jest zmienić granice swojego występowania niż granice swojej tolerancji cieplnej. Ale łatwiej nie znaczy “łatwo”, o czym pisaliśmy w artykule Dokąd migrują zwierzęta w ocieplającym się klimacie? 

Plastyczność wyższa w górach niż na nizinach

Zakres tolerowanych temperatur nie jest jednak jedyną kluczową cechą dla znoszenia upałów. Równie ważna jest umiejętność przystosowania się do nowych warunków. Dlatego nasze rośliny doniczkowe po pierwszym wysuszeniu więdną całkowicie, a za drugim razem już znacznie mniej. Owady po ekspozycji na intensywny czynnik (np. upał) również włączają mechanizmy ochronne (np. tworzenie specjalnych białek chroniących inne przed degradacją od wysokiej temperatury), które ułatwią przetrwanie następnej ekspozycji gorąca. Dzięki temu możliwe jest dostosowanie się do zmieniających się warunków.

Te możliwości adaptacji (plastyczność) bada się wkładając owady na 10 min do wysokiej temperatury (35-40℃), a następnie sprawdzając, jak będą wpływać na nie kolejne, tym razem powolne ekspozycje. Efekty porównywano do reakcji owadów, które nie przeżyły szoku cieplnego. W badaniu okazało się, że gatunki żyjące w górach cechowały się wysoką plastycznością na stres cieplny (po pierwszym stresie cieplnym, dłużej i lepiej znosiły upały), jednak te żyjące na nizinach po zastosowaniu szoku cieplnego często radziły sobie gorzej niż gdy go nie stosowano! 

Dlaczego tak było? Najprawdopodobniej, u owadów nizinnych już teraz mechanizmy radzenia sobie ze stresem cieplnym są notorycznie włączone i wyższa temperatura zamiast wspierać mechanizmy adaptacji, ogranicza ich umiejętności radzenia sobie ze stresem (tak jak w przypadku ludzi – gdy są nieustannie zestresowani, każdy, nawet nieduży dodatkowy stres, bardzo mocno na nich oddziałuje). Jest to dla nas ważna wskazówka, dotycząca ograniczeń w adaptacji tropikalnych owadów nizinnych.

Co ciekawe, w podobny sposób owady mogą adaptować się do chłodu. Gdy przetestowano na nich gwałtowny spadek zimna, owady górskie również tutaj zwiększały swoje przystosowanie, podczas gdy owady nizinne – nie. Najprawdopodobniej nie wykształciły odpowiednich mechanizmów, bo do tej pory fale zimna praktycznie się tam nie zdarzały. Okazuje się natomiast, że choć wraz z globalnym ociepleniem fal chłodu w Ameryce Południowej będzie mniej, to gdy się już pojawią, mogą sięgać regionów, do których do tej pory nie docierały (Cavalcanti i in., 2013). Jak widać, nizinne owady mogą mieć więc problem nie tylko z adaptacją do bardzo wysokich, ale również do niskich temperatur.

Co się zmieni wraz ze zmianą klimatu?

Po poznaniu mechanizmów reakcji na stres cieplny i ograniczeń w adaptacji, naukowcy obliczyli za pomocą modeli numerycznych (patrz Wirtualny klimat), jak wraz z postępującą zmianą klimatu zmieni się prawdopodobieństwo wystąpienia temperatur, w których owady (zarówno te bardziej wrażliwe jak i cała populacja) zaczną zapadać w śpiączkę cieplną. Przeanalizowali oni zarówno zmiany w temperaturze powietrza jak i powierzchni nasłonecznionych (które z reguły są znacznie cieplejsze niż samo powietrze).

Okazało się że już teraz w Afryce zdarzają się sytuacje w których temperatura powierzchni nasłonecznionych jest na tyle wysoka, że powoduje śmierć owadów nawet już po 1 minucie! Na szczęście, owady wybierają w gorące dni zacienione miejsca, co chroni je przed przegrzaniem. Póki temperatura powietrza nie jest krytyczna, nie jest więc tak źle. 

Okazuje się również, że temperatury w Afryce choć będą wzrastać, to nie aż tak bardzo, dzięki czemu jedynie w najgorszym scenariuszu emisji gazów cieplarnianych (SSP5-8.5, patrz SSP: czym są Wspólne Ścieżki Rozwoju Społeczno-Ekonomicznego?), temperatura powietrza będzie w 13% przypadków na tyle wysoka by powodować śmierć bardziej wrażliwych owadów (25% tych o niższej tolerancji cieplnej).

Gorzej w Amazonii niż w Afryce

Gorzej sytuacja ma się w Amazonii, gdzie przewiduje się, że temperatury będą rosły dużo bardziej, a jednocześnie owady mają większą wrażliwość na wysokie temperatury. Tutaj, na nizinach przewiduje się, że pod koniec wieku temperatury krytyczne dla życia owadów (tzn. takie, że po 8h połowa wystawionych na nie owadów umiera) będą występować przez 9% czasu (w scenariuszu niskich emisji, SSP1-2.1), przy emisjach średnich (SSP3-7.0) – przez 29% czasu, a przy wysokich (SSP5-8.5) przez 38% czasu. 

Te szacunki mogą być jednak niewystarczające. Jak zauważają sami autorzy, analizowano temperatury decydujące o życiu i śmierci owadów, podczas gdy już niższe wartości mogą wpływać na ich reprodukcję, odporność na choroby czy szybkość poruszania się i podatność na ataki drapieżników. 

Problematyczne również pozostają wylesianie i zamieranie drzew, które będzie postępować wraz z przekształcaniem się  tych obszarów w sawanny. Zjawiska te mogą dodatkowo wpływać na podwyższanie się temperatury na zalesionych wcześniej obszarach, czego nie brano pod uwagę w badaniu.

Duża część terenów stanie się dla wielu gatunków owadów zupełnie niezdatna do życia. Jak zauważają badacze, bez ich migracji w wyższe rejony nie będzie możliwe choćby częściowe zachowanie dotychczasowej różnorodności lasów równikowych. A przecież od przetrwania owadów zależy również życie wszystkich żywiących się nimi stworzeń i zapylanych przez nie roślin, a tym samym i nasze ludzkie funkcjonowanie.