Vögel in ganz Amerika werden kleiner und haben längere Flügel, während sich die Welt erwärmt, und die Arten mit dem kleinsten Körper verändern sich am schnellsten.
Das ist das Hauptergebnis einer neuen, von der University of Michigan geleiteten Studie, die am 8. Mai online in der Zeitschrift veröffentlicht werden soll Proceedings of the National Academy of Sciences.
Die Studie kombiniert Daten aus zwei zuvor veröffentlichten Arbeiten, in denen die Veränderungen der Körpergröße und Flügellänge bei insgesamt mehr als 86.000 Vogelexemplaren über vier Jahrzehnte in Nord- und Südamerika gemessen wurden. Eine Studie untersuchte Zugvögel, die getötet wurden, nachdem sie mit Gebäuden in Chicago kollidiert waren; der andere betrachtete nicht wandernde Vögel, die im Amazonas gefangen wurden.
Obwohl sich die beiden Datensätze sowohl in der Artenzusammensetzung als auch in der Geographie nicht überschneiden und die Daten unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Methoden gesammelt wurden, zeigten die Vögel in beiden Studien ähnlich weit verbreitete Abnahmen der Körpergröße bei gleichzeitiger Zunahme der Flügellänge.
Jetzt hat eine neue Analyse der kombinierten Daten ein noch auffälligeres Muster offenbart: In beiden Studien nahmen kleinere Vogelarten proportional schneller an Körpergröße ab und nahmen proportional schneller an Flügellänge zu.
„Die Beziehungen zwischen Körpergröße und Veränderungsraten sind in beiden Datensätzen bemerkenswert konsistent. Der biologische Mechanismus, der dem beobachteten Zusammenhang zwischen Körpergröße und morphologischen Veränderungsraten zugrunde liegt, erfordert jedoch weitere Untersuchungen“, sagte der UM-Ornithologe Benjamin Winger, einer der beiden der Studie leitende Autoren, ein Assistenzprofessor für Ökologie und Evolutionsbiologie und ein Assistenzkurator am Zoologischen Museum.
Sowohl die Chicago- als auch die Amazonas-Studie führten die Verringerung der Körpergröße der Arten auf die steigenden Temperaturen in den letzten 40 Jahren zurück, was darauf hindeutet, dass die Körpergröße eine wichtige Determinante für die Reaktionen der Arten auf den Klimawandel sein könnte.
Trotzdem bleibt laut den Forschern eine offene Frage, warum sich Arten mit kleineren Körpern schneller verändern.
Es könnte sein, dass Vögel mit kleinerem Körper sich schneller an den evolutionären Druck anpassen. Aber die verfügbaren Daten erlaubten dem UM-geführten Team nicht zu testen, ob die beobachteten Größenverschiebungen schnelle evolutionäre Veränderungen als Reaktion auf die natürliche Selektion darstellen.
„Wenn die natürliche Selektion eine Rolle in den von uns beobachteten Mustern spielt, deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass sich kleinere Vogelarten möglicherweise schneller entwickeln, weil sie eine stärkere Selektion erfahren, besser auf Selektion reagieren oder beides“, sagte Co-Senior-Autor Brian Weeks, ein Evolutionsforscher Ökologe an der UM School for Environment and Sustainability.
„In jedem Fall scheint die Körpergröße ein primärer Vermittler der Reaktionen von Vögeln auf den gegenwärtigen Klimawandel zu sein.“
Wenn also Vögel mit größerem Körper langsamer auf globale Veränderungen reagieren, wie lautet dann die Prognose für die kommenden Jahrzehnte, wenn die Temperaturen weiter steigen?
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine große Körpergröße das Aussterberisiko weiter verschärfen könnte, indem sie das Potenzial zur Anpassung an schnelle, anhaltende anthropogene Veränderungen einschränkt“, sagte die Hauptautorin der Studie, Marketa Zimova, eine ehemalige Postdoktorandin des UM Institute for Global Change Biology, die jetzt an der Appalachian State University ist.
„Im Gegensatz dazu könnte der Effekt der Körpergröße auf die Evolutionsraten die Persistenz kleiner Taxa erhöhen, wenn ihre sich schnell ändernde Morphologie eine schnellere Anpassungsreaktion auf sich ändernde Bedingungen widerspiegelt.“
Die neue Studie analysierte Daten von 129 Vogelarten: 52 in Nordamerika brütende Zugvogelarten und 77 in Südamerika ansässige Arten. Die 86.131 Proben wurden ungefähr im gleichen Zeitraum mit unterschiedlichen Techniken gesammelt.
Der kleinste Vogel unter den Chicago-Arten war der Goldkronenkönig (Regulus satrapa) mit einer durchschnittlichen Größe von 5,47 Gramm, und der größte war das Gemeine Grackel (Quiscalus quiscula) mit 107,90 Gramm. Unter den amazonischen Arten war die Gabelschwanz-Waldnymphe (Thalurania furcata) mit 4,08 Gramm die kleinste, und die größte war die amazonische Motmot (Momotus momota) mit 131,00 Gramm.
Der nordamerikanische Datensatz wurde von Vögeln abgeleitet, die von Mitarbeitern und Freiwilligen des Chicago Field Museum nach Kollisionen mit städtischen Gebäuden geborgen wurden. Für jede der 70.716 Personen maß der Ornithologe David Willard vom Field Museum die Schnabellänge, die Flügellänge, die Körpermasse und die Länge eines Unterschenkelknochens namens Tarsus.
„Die Vögel, die bei Fensterkollisionen in Chicago gesammelt wurden, geben Einblicke in morphologische Veränderungen im Zusammenhang mit dem sich ändernden Klima. Es ist äußerst erfreulich, Daten von diesen Vögeln zu sehen, die analysiert wurden, um ein besseres Verständnis der Faktoren zu erhalten, die diese Veränderungen bewirken“, sagte Willard, emeritierter Sammlungsmanager und Co-Autor des neuen PNAS lernen.
Der Amazonas-Datensatz enthält Messungen von 15.415 nicht wandernden Vögeln, die mit Fangnetzen im Regenwald gefangen, gemessen und dann freigelassen wurden. Während des gesamten Studienzeitraums wurden durchgehend zwei Messungen aufgezeichnet: Masse und Flügellänge.
Die großen und komplementären Datensätze boten eine einzigartige Gelegenheit zu testen, ob zwei grundlegende Eigenschaften des Organismus – Körpergröße und Generationslänge – die Reaktionen der Vögel auf schnelle Umweltveränderungen prägten.
Unter Biologen wird allgemein angenommen, dass die Generationsdauer einer Art, definiert als das Durchschnittsalter der Individuen, die Nachkommen hervorbringen, ein wichtiger Indikator für ihre Fähigkeit ist, sich an schnelle Umweltveränderungen anzupassen.
Kurzlebige Organismen, die sich auf relativ kurzen Zeitskalen vermehren, wie Mäuse, werden sich voraussichtlich schneller entwickeln als Kreaturen mit längeren Generationslängen, wie Elefanten, da die Mäuse häufiger Gelegenheit haben, die zufälligen genetischen Mutationen zu nutzen, die während der Reproduktion erzeugt werden .
Die Autoren des Neuen PNAS Die Studie verwendete statistische Modelle, um die Bedeutung sowohl der Generationslänge als auch der Körpergröße der Art für die vermittelnden Raten morphologischer Veränderungen bei Vögeln zu testen.
Nach Kontrolle der Körpergröße fanden sie bei den nordamerikanischen Vogelarten keinen Zusammenhang zwischen Generationslänge und Veränderungsraten. Für die südamerikanischen Vögel waren keine Generationendaten verfügbar, daher wurden sie in diesem Teil der Analyse nicht berücksichtigt.
Gleichzeitig zeigte die neue Analyse, dass die durchschnittliche Körpergröße einer Art signifikant mit den Veränderungsraten zusammenhängt, die sowohl bei Vögeln aus Chicago als auch aus dem Amazonasgebiet gemessen wurden.
„Die Körpergröße kann ein wertvoller Indikator für die Anpassungsfähigkeit und das Ausmaß sein, in dem die gegenwärtige Evolution das Risiko des Aussterbens von Arten verringern kann“, schreiben die Autoren.
Neben Winger, Weeks, Zimova und Willard sind die Autoren des PNAS-Artikels Sean Giery von der Pennsylvania State University, Vitek Jirinec vom Integral Ecology Research Center und Ryan Burner vom US Geological Survey.
Mehr Informationen:
Zimova, Marketa et al., Körpergröße sagt die Geschwindigkeit der zeitgenössischen morphologischen Veränderung bei Vögeln voraus, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2206971120