С высотой атмосферное давление и парциальное давление кислорода снижаются. Для насекомых это особенно важно: они получают кислород через сеть наружных отверстий и трахей, а не через легкие, как млекопитающие.
Сильнее всего проблема может затрагивать летающих взрослых насекомых. В разреженном воздухе крыльям приходится создавать подъемную силу при меньшей плотности воздуха, поэтому на полет требуется больше энергии. Одновременно снижение доступности кислорода затрудняет снабжение мышц, которым эта энергия необходима.
Исследователь проанализировал опубликованные значения критического парциального давления кислорода — уровня, ниже которого физиологические показатели насекомых начинают ухудшаться. Для активно летающих взрослых особей и растущих личинок большинство таких значений соответствовало высотам примерно 1800–4200 м, причем значительная часть данных приходилась примерно на 2500 м. Это означает, что нехватка кислорода потенциально может ограничивать освоение более высоких участков гор.
Особенно уязвимы виды, которым требуется много энергии на протяжении жизненного цикла. Например, активно питающиеся гусеницы нуждаются в большом количестве кислорода для роста. У стрекоз и других насекомых с водными личинками ситуация дополнительно осложняется тем, что на больших высотах уменьшается доступность кислорода и в воде.
Есть и еще одна проблема: в условиях низкого давления насекомые могут быстрее терять воду. Поэтому продвижение вверх ограничивается сразу несколькими факторами — от дыхания и полета до поддержания водного баланса.
При этом ученые подчеркивают, что речь не идет о том, что все насекомые физически не смогут подняться выше. Многие виды уже живут на больших высотах, а их дыхательная система способна адаптироваться к недостатку кислорода. Однако большая часть экспериментальных данных получена для видов, обитающих на меньших высотах, поэтому пока неизвестно, насколько хорошо разные группы насекомых смогут приспособиться к новым условиям.
Это важно в контексте изменения климата. Перемещение в горы часто рассматривается как один из способов избежать слишком высокой температуры: чем выше склон, тем обычно прохладнее. Но если физиологические ограничения не позволят насекомым следовать за изменением температурного режима, «побег вверх» может оказаться тупиком.
Последствия могут затронуть и человека. Насекомые опыляют растения, участвуют в разложении органики и являются важной частью пищевых цепей. Если климатическое потепление будет вытеснять их из привычных местообитаний быстрее, чем они смогут осваивать новые территории, это способно изменить работу целых горных экосистем.
Авторы исследования считают, что теперь необходимы эксперименты непосредственно с высокогорными видами — чтобы выяснить, какие из них способны адаптировать дыхательную систему к недостатку кислорода, а какие физиологически ограничены высотой.
