Some birds are shrinking their size as a consequence of global warming

(Text in three languages, in order of appearance: English, Spanish and Catalan).

Climate change is having consequences all over the globe and there are many organisms that are being negatively affected. One of the most striking effects of this phenomenon is the reduction of body size of individuals. In 2016, Gardner and her colleagues published a paper showing that a change in the body size was happening in the individuals of different populations. Examples of these groups are caradriforms (Fig. 1), falconiformes (Fig. 2) and passerines (Fig. 3).

1
Fig. 1 Example of caradriforms: black-tailed godwit (Limosa limosa) (Image property of Frank Vassen CC 2.0)
2
Fig. 2 Example of falconiformes: peregrine falcon (Falco peregrinus) (Image property of Keven Law CC 2.0)
3
Fig. 3 Example of passerines: great tit (Parus major) (Image property of Charlesisharp CC 4.0)

Now, I want to explain a concrete case of a species of caradriforms. In the same year was published a paper of Gils and collaborators in the journal named Science, in it they demonstrated a case of body size reduction due to the malnutrition of their young individuals as a consequence of global warming. This species is the red knot (Calidris canutus) (Fig. 4), a long-distance migratory species.

4
Fig. 4 Red knot (Calidris canutus) (Image property of Hans Hillewaert CC 4.0)

We already know that climate change has impacted on various aspects of the biology and ecology of species, causing changes in distribution, population number (where some has been extinct), phenology, food availability or impact on migration routes.

As I have already mentioned, the red knot is a migratory species of long distances (Fig. 5). Their individuals breed in the high latitudes of the Arctic and winter in coastal areas of Africa. In both areas they feed mainly on invertebrates, in the Arctic of terrestrial and freshwater invertebrates and in Africa of marine invertebrates.

5
Fig. 5 Image with the migratory route of different species: red knot in brown color (Public domain image).

Therefore, for these birds to complete their life cycle, they need to reach the breeding areas (Arctic) and wintering areas (Africa). For that, they need to recover from the trip and then migrate again, so it’s essential when they arrive in one or another area that they have food available.

Once we have all this information, we ask ourselves: What is happening? Why are red knots reducing their size? The increase of the environmental temperature is not equitable throughout the planet, there are areas warming up faster than others, and one of them is the Arctic. As the researchers present in their study, in the last 33 years in the Taymyr Peninsula (reproduction zone of the knot network) (Fig. 6) the melting period has been advanced.

6
Fig. 6 Taymyr Peninsula (Image property of NormanEinstein CC 3.0)

What are its implications? During these years, researchers were capturing and measuring the juvenile body size of the species. Thanks to this, they were able to observe that each time the individuals were smaller and that those with a larger size coincided with the period of time when there had been a higher primary productivity. So, a relationship between primary productivity and body size was already established.

In fact, when individuals go to a wintering area, such as Mauritania, they use their bills to obtain the mollusks buried in the intertidal zones of the sediment (Fig. 7). That’s why individuals with longest bills are more successful than their counterparts with a shorter bill. These lately must supplement their diet with other food less rich as the rhizomes of dwarf eelgrass (Fig. 8).

7
Fig. 7 Loripes lucinalis, main food of red knots in Mauritania (Picton, B.E. & Morrow, C.C. (2016). Loripes lucinalis (Lamarck, 1818). [In] Encyclopedia of Marine Life of Britain and Ireland.)
8
Fig. 7 Dwarf eelgras (Image property of Ruppia2000 CC 3.0)

As a result of having different diet because length of the bill, researchers found lower survival of juveniles with shorter peaks, especially from the first to the second year of wintering.

Now it’s time to ask, what happens in the breeding areas? What happens in the Arctic? When a red knots hatched from the egg, it feeds on arthropods, as I have already mentioned above. However, the change in time of thaw has also consequences over preys of this bird. So the result is an imbalance or mismatch. In the past, the peak abundance of arthropods coincided with the hatch of this species, but in the last years the peak happens before. Moreover, the size of the arthropods is being reduced and the mortality of larvae has increased, so chicks have less food available.

In conclusion, there is a reduction in the body size of the individuals of the species, but natural selection favors long bills. Thus, individuals are getting smaller, but larger bills are favored.


El cambio climático está teniendo consecuencias en todo el globo y son muchos los organismos que se están viendo negativamente afectados. Uno de los efectos más llamativos que se está produciendo es la reducción del tamaño corporal de los individuos. En 2016, Gardner y colaboradores publicaron un trabajo donde demostraban que se estaba produciendo un cambio en el tamaño corporal de distintos grupos de organismos, por ejemplo en poblaciones de caradriformes (Fig. 1), falconiformes (Fig. 2) y paseriformes (Fig. 3) cuyos individuos eran cada vez más pequeños.

1
Fig. 1 Ejemplo de caradriforme: aguja colinegra (Limosa limosa) (Imagen propiedad de Frank Vassen CC 2.0)
2
Fig. 2 Ejemplo de falconiformes: halcón peregrino (Falco peregrinus) (Imagen propiedad de Keven Law CC 2.0)
3
Fig. 3 Ejemplo de paseriforme: carbonero común (Parus major) (Imagen propiedad de Charlesjsharp CC 4.0)

En el mismo año se publica en la revista Science un trabajo de Gils y colaboradores donde presentan un caso de reducción de tamaño corporal debido a la malnutrición de los individuos jóvenes como consecuencia del calentamiento global. La especie en cuestión es el correlimos gordo (Calidris canutus) (Fig. 4), una especie migratoria de largas distancias del orden de los caradriformes.

4
Fig. 4 Correlimos gordo (Calidris canutus) (Imagen propiedad de Hans Hillewaert CC 4.0)

Actualmente sabemos que el cambio climático ha tenido impactos en varios aspectos de la biología y ecología de las especies, produciendo cambios en la distribución, número poblacional (llegando a provocar extinciones), fenología, disponibilidad de alimento o impacto sobre las rutas migratorias.

Como ya he comentado, el correlimos gordo es una especie migratoria de largas distancias (Fig. 5). Sus individuos se reproducen en las altas latitudes del Ártico y pasan el invierno en las zonas costeras de África. En ambas zonas se alimentan principalmente de invertebrados, en el Ártico de invertebrados terrestres y dulceacuícolas y en África de invertebrados marinos.

5
Fig. 5 Imagen de las rutas migratorias de distintas especies, entre ellas la del correlimos común en marrón (Imagen de dominio público)

Por tanto, para que estos individuos puedan completar su ciclo vital, necesitan llegar a  las zonas de crías (Ártico) y a las zonas de invernada (África). Además, para poder reponerse y poder retomar dichas migraciones de varios miles de kilómetros, es clave que haya alimento disponible.

Una vez tenemos toda esta información, nos preguntamos ¿Qué está pasando? ¿Por qué los correlimos gordos están reduciendo su tamaño? El aumento de la temperatura ambiental no es equitativo a lo largo del planeta, hay áreas calentándose a mayor velocidad que otras, entre ellas, el Ártico. Como los investigadores presentan en su estudio, en estos últimos 33 años en la Península de Taimyr (zona de reproducción del correlimos común) (Fig. 6) se ha ido adelantando el periodo de deshielo.

6
Fig. 6 Península de Taimyr (Imagen propiedad de NormanEinstein CC 3.0)

¿Cuáles son las consecuencias de este cambio? Durante estos años los investigadores fueron capturando y midiendo el tamaño corporal de los juveniles de esta especie. Gracias a ello pudieron observar que los individuos eran cada vez más pequeños y que los de mayor tamaño coincidían con el periodo en el que se había producido una  mayor productividad primaria. Por tanto, se establece una relación entre la productividad primaria y el tamaño corporal.

Cuando los individuos se dirigen a las zonas de invernada, como Mauritania, utilizan sus picos para obtener los moluscos enterrados en las zonas intermareales del sedimento (Fig. 7). Al encontrarse enterrados, son los individuos con los picos más largos los que tienen más éxito en su captura y por tanto, los que presentan picos más cortos deben suplir dicha falta con otros alimentos menos ricos como los rizomas de broza (Fig. 8).

7
Fig. 7 Loripes lucinalis, principal bivalvo del que se alimenta el correlimos gordo en Mauritania (Picton, B.E. & Morrow, C.C. (2016). Loripes lucinalis (Lamarck, 1818). [In] Encyclopedia of Marine Life of Britain and Ireland)
8
Fig. 8 Broza (Zostera noltii) fuente alternativa para el correlimos gordo de pico más corto en Mauritania (Imagen propiedad de Rupia2000 CC 3.0).

De manera que se produce una alimentación diferencial en función del tamaño del pico, siendo los individuos de picos largos los que se ven favorecidos. De hecho, los investigadores observaron una menor supervivencia de juveniles de picos cortos, sobretodo del primer al segundo año de invernada.

… y qué ocurre en las zonas de cría? ¿Qué ocurre en el Ártico? Los correlimos gordos recién eclosionados del huevo se alimentan de artrópodos, como ya hemos comentado anteriormente. Sin embargo, el avance temporal del deshielo también afecta a las presas de los correlimos. En el pasado el pico de abundancia de estos individuos coincidia con la eclosión de los huevos de las aves, pero debido al avance, ahora el pico de abundancia se ha avanzado. Además, el calentamiento global también hace que estas presas sean más pequeñas y que se esté produciendo una mayor mortalidad de laras. Por lo que en resumen, actualmente los correlimos gordos tienen menos alimento disponible, lo que afecta a su tasa de crecimiento.

En conclusión, se está produciendo una reducción del tamaño corporal de los individuos de la especie, aunque la selección favorece aquellos individuos con el pico más largo, por lo que cada vez son más pequeños aunque mantienen el tamaño del pico.


El canvi climàtic està tenint conseqüències en tot el globus i són molts els organismes que s’estan veient negativament afectats. Un dels efectes més cridaners que s’està produint és la reducció de la mida corporal dels individus. Al 2016, Gardner i col·laboradors van publicar un treball on demostraven que s’estava produint un canvi en la mida corporal de diferents grups d’organismes, com per exemple en  els caradriformes (Fig. 1), falconiformes (Fig. 2) i passeriformes (Fig. 3) on els individus són cada cop més petits.

1
Fig. 1 Exemple de caradriforme: tètol cuanegre (Limosa limosa) (Imatge propietat de Frank Vassen CC 2.0)
2
Fig. 2 Exemple de falconiforme: falcó pelegrí (Falco peregrinus) (Imatge propietat de Keven Law CC 2.0)
3
Fig. 3 Exemple de passeriforme: mallerenga carbonera (Parus major) (Imatge propietat de Charlesjsharp CC 4.0).

Al mateix any es va publicar a la revista Science un treball de Gils i col·laboradors on presentaven un cas de reducció de la mida corporal degut a la malnutrició dels individus joves com a conseqüència de l’escalfament global. Dita espècie que s’està veien afectada és el territ gros (Calidris canutus) (Fig. 4), una espècie migratòria de llargues distàncies de l’ordre dels caradriformes.

4
Fig. 4 Territ gros (Calidris canutus) (Imatge propietat de Hans Hillewaert CC 4.0)

Actualment sabem que el canvi climàtic ha tingut impactes en varis aspectes de la biologia i ecologia de les espècies, com per exemple: canvis en la distribució, número poblacional (arribant a produir-se extincions), fenologia, disponibilitat d’aliment o impactant sobre les rutes migratòries.

Com ja hem comentat, el territ gros és una espècie migratòria de llargues distàncies (Fig. 5). Els seus individus es reprodueixen a altes latituds de l’Àrtic i passen l’hivern a les zones costaneres de l’Àfrica. En ambdues zones s’alimenten principalment d’invertebrats, a l’Àrtic d’invertebrats terrestres i dolçaqüícoles i a l’Àfrica d’invertebrats marins.

5
Fig. 5 Imatge de rutes migratòries d’aus, entre d’elles el territ gros en marró (Imatge de domini públic).

Per tant, per a què cadascun d’aquests individus puguin completar el seu cicle vital, necessiten arribar a les zones de cria (Àrtic) i a les zones d’hivernada (Àfrica). A més, per poder recuperar-se i tornar a migrar milers de kilòmetres, és clau que tinguin al seu abast aliment disponible.

Un cop tenim tota aquesta informació, ens preguntem… Què està succeint? Per què els territs grossos estan reduint la seva mida? L’augment de la temperatura ambiental no és equitatiu al llarg del planeta, hi ha àrees escalfant-se a major velocitat que d’altres, entre d’elles, l’Àrtic. Com els investigadors presenten al seu estudi, en aquests últims 33 anys a la Península de Taimir (zona de reproducció del territ gros) (Fig. 6) s’ha anat avançant el període de desgel.

6
Fig. 6 Península de Taimir (Imatge propietat de NormanEinstein CC 3.0)

Quines implicacions té aquest avenç temporal? Durant aquests anys els investigadors van anar capturant i mesurant la mida corporal dels juvenils de l’espècie. Gràcies a això van poder observar que cada cop els individus eren més petits i que els que presentaven una major mida corporal, coincidien amb el període de temps en què s’havia produït una major productivitat primària. Per tant, ja s’estableix una relació entre la productivitat primària i la mida corporal.

Quan els individus es dirigeixen a la zona d’hivernada, com és per exemple Mauritània, utilitzen els seus becs per poder obtenir mol·luscos enterrats a les zones intermareals del sediment (Fig. 7). Al trobar-se enterrats, són els individus amb els becs més llargs els que tenen més èxit en la seva captura i per tant, els que presenten becs més curts han de cobrir l’alimentació amb altres aliments menys rics com rizomes de Zostera noltii (Fig. 8).

7
Fig. 7 Loripes lucinalis, principal font d’aliment del territ a Mauritània (Picton, B.E. & Morrow, C.C. (2016). Loripes lucinalis (Lamarck, 1818). [In] Encyclopedia of Marine Life of Britain and Ireland).
8
Fig. 8 Zostera noltii, font alternativa del territ gros (Imatge propietat de Ruppia2000 3.0)

De tal manera que a les zones d’hivernada, els individus presenten una alimentació diferent en funció de la longitud del bec, essent els llargs els que es veuen afavorits. De fet, van observar una menor supervivència de juvenils de becs curts, sobretot del primer al segon any d’hivernada.

Ara toca preguntar-se, Què succeeix a les zones de cria? Què succeeix a l’Àrtic? Els territs grossos un cop eclosionen de l’ou s’alimenten d’artròpodes, com ja hem comentat anteriorment. En canvi, degut a què el canvi climàtic està avançant el desgel, això té alhora conseqüències sobre les presses dels territs, produint-se un mismatch o desajust. El pic d’abundància d’artròpodes, quan aquests són més nombrosos, hauria de coincidir amb el període d’eclosió de dites aus, de tal manera que a l’eclosionar tindrien moltes preses disponibles, però l’escalfament global ha avançat també aquest pic d’abundància, fent-les més petites i augmentant la mortalitat de les larves. Per tant, aquests tenen alhora menys preses disponibles, el que afecta negativament al seu creixement.

En conclusió, es produeix una reducció de mida corporal dels individus de l’espècie, però la selecció natural afavoreix els becs llargs. Per tant, els individus són cada cop més petits tot i que mantenen la mida del bec.

Bibliography

Papers

  • Gardner, J. L., Peters, A., Kearney, M. R., Joseph, L., & Heinsohn, R. (2011). Declining body size: a third universal response to warming?. Trends in ecology & evolution, 26(6), 285-291.
  • Pörtner, H. O., & Farrell, A. P. (2008). Physiology and climate change. Science, 690-692.
  • van Gils, J. A., Lisovski, S., Lok, T., Meissner, W., Ożarowska, A., de Fouw, J., … & Klaassen, M. (2016). Body shrinkage due to Arctic warming reduces red knot fitness in tropical wintering range. Science, 352(6287), 819-821.

Webs

http://www.iucnredlist.org/details/22693363/0

Advertisements

A special song due a high environmental temperature

(Text in three languages, in order of appearance: English, Spanish and Catalan).

Currently there are many studies that are being developed to know the effects that climate change can have on the different groups of organisms on the planet, including birds. In fact, in the last years some really important discoveries have been made and the one that I am going to tell you next, to me personally, has left me speechless. This is a work published in 2016 in the journal Science and carried out by two scientists: Mylene M. Mariette and Katherine L. Buchanan.

As it could not be otherwise, the maternal effects on offspring in nature are very important, these affect phenotypic plasticity (changes in the characteristics of an organism due to environmental stimuli), thermal acclimatization, growth rate, etc. So, due to this knowledge of the impact of parents in the development of the offspring, they asked themselves a really interesting question: Can parents of a brood inform the embryos about the environmental conditions that are taking place? The answer is affirmative!

There are several studies that show that parents sing to their chicks during the incubation process and in fact, in the last embryonic phase, they are able to perceive the paternal stimuli and respond according to them.

Mylene M. Mariette and Katherine L. Buchanan worked with the Australian zebra finch (Taeniopygia guttata) (Fig. 1). It weight 12gr. Couples put about 4 to 6 eggs per season that hatch at two weeks. They are fledglings to the third week and to the fifth, they are independent, acquiring sexual maturity at, approximately, 3 months of age, both females and males. An important fact is that during the breeding period there is parental care coordination.

1
Fig. 1 Zebra finches (Taeniopygia guttata) (Image property of Keith Gerstung de McHenry, IL, EEUU CC. 2.0)

They observed that when a parent where alone with its eggs sang a song that they called “incubation call” and the frequency of singing this song increased during the final phase of the incubation process, in other words, as the egg hatching date was approaching. In addition, is that this song only was singed when environmental temperatures where higher than 26ºC.

How did they demonstrate it experimentally? They took eggs to incubate them artificially at 37ºC. Scientists had recorded the “call incubation” song and reproduced this sound in the experimental group during the last 5 days of incubation, whereas in the control they reproduced another one not related to temperature. Subsequently, chicks were returned to nests boxes where they were exposed to a variation of natural environmental temperature. What did they observe? They observed that individuals that were hatched from the experimental group had a different growth pattern from those from the control group. When the ambient temperature was high, chicks born from the experimental group had a lower growth rate than the control group.

Remember that having a small size when the ambient temperatures are high is an advantage, don’t forget the surface/volume ratio. When smaller the animal, greater surface in relation with volume, so there is greater surface by which the animal can lose heat. However, to verify if this represented an adaptive advantage, scientists evaluated the reproductive success once the individuals were adults. Which was the result? That those females that were smaller in the nest when temperatures were high or that were larger when temperatures were low, had greater reproductive success.

Therefore, they confirmed that the song that the parents perform when the environmental temperatures are high, not only are recognized by the eggs, also, they have effects once the individuals hatch of this, as much in the growth as in the reproductive success.

I leave a link so you can see a video summary of the work.


Actualmente son muchos los estudios que se están desarrollando para conocer qué efectos puede tener el cambio climático sobre los diferentes grupos de organismos del planeta, entre ellos, las aves. De hecho, en los últimos años se han hecho descubrimientos realmente importantes y el que os voy a contar a continuación, a mí personalmente, me ha dejado sin palabras. Se trata de un trabajo publicado en 2016 en la revista Science y realizado por las científicas Mylene M. Mariette y Katherine L. Buchanan.

Como no podía ser de otra manera, los efectos maternos sobre la descendencia en la naturaleza son muy importantes, pues afectan a la plasticidad fenotípica (cambios en los caracteres de un organismo debido a los estímulos ambientales), a la aclimatación térmica, al crecimiento, etc. Por tanto, sabiendo el papel que juega la madre y un padre en el desarrollo de la descendencia, se hicieron una pregunta realmente interesante ¿Pueden los padres de una nidada informar a los embriones sobre las condiciones ambientales que se están dando? ¡La respuesta es afirmativa!

Existen varios estudios que demuestran que los padres cantan a sus pollos durante la incubación y de hecho, en la última fase embrionaria, estos son capaces de percibir dichos estímulos paternos y responder conforme a ellos.

Mylene M. Mariette y Katherine L. Buchanan trabajaron con una especie llamada diamante cebra (Taeniopygia guttata) (Fig. 1). Se trata de una especie que vive en Australia, de unos 12gr de peso. Las parejas ponen de unos 4 a 6 huevos por temporada que eclosionan a las dos semanas. Son volantones a la tercera semana y a la quinta, ya son independientes, adquiriendo la madurez sexual a los 3 meses aproximadamente, tanto hembras como machos. Un dato importante es que durante el período de cría existe coordinación parental en el cuidado.

1
Fig. 1 Diamantes cebra (Taeniopygia guttata) (Imagen propiedad de Keith Gerstung de McHenry, IL, EEUU CC. 2.0)

Ellas observaron, que cuando uno de los padres se quedaba solo en el nido con los huevos, le cantaba lo que denominaron “incubation call”. La frecuencia de dicho canto aumentaba al final del periodo de incubación, es decir, a medida que se acercaba la fecha de eclosión de los huevos. Además, una curiosidad, es que es que dicha llamada estaba claramente asociada con la temperatura ambiental, pues la realizaban cuando esta superaba los 26ºC.

¿Cómo lo demostraron experimentalmente? Cogieron huevos para incubarlos artificialmente a 37ºC. Las científicas habían grabado el “call incubation” y reprodujeron el sonido en el grupo experimental durante los 5 últimos días de incubación, mientras que en el control reprodujeron otro no relacionado con la temperatura. Posteriormente, los pollos fueron devueltos a cajas nidos donde estuvieron expuestos a una variación de temperatura ambiental natural.  ¿Qué observaron? Que los individuos que habían eclosionado del grupo experimental tenían un patrón de crecimiento distinto respecto los del grupo control. Cuando la temperatura ambiental era elevada, los pollos nacidos del grupo experimental tenían una menor tasa de crecimiento respecto el grupo control.

Recordemos que tener un tamaño pequeño cuando las temperaturas ambientales son elevadas supone una ventaja, pues no olvidemos la relación superficie/volumen.  Cuando menor es el tamaño, la superficie es mayor respecto el volumen, por lo que hay mayor superficie por la que el animal puede perder calor. No obstante, para comprobar si esto representaba una ventaja adaptativa, las científicas evaluaron el éxito reproductivo una vez los individuos fueron adultos. ¿Cuál fue el resultado? Que aquellas hembras que eran más pequeñas en el nido cuando las temperaturas fueron elevadas o que eran más grandes cuando las temperaturas fueron bajas, tenían mayor éxito reproductivo.

Por tanto, confirmaron que el canto que los padres realizan cuando las temperaturas ambientales son elevadas, no sólo son reconocidos por los huevos, sino que además, tienen efectos una vez los individuos eclosionan de este, tanto en el crecimiento como en el éxito reproductivo.

Os dejo un enlace para que podáis ver un vídeo resumen del trabajo.


Actualment són molts els estudis que s’estan desenvolupant per conèixer els efectes que pugui tenir el canvi climàtic sobre els diferents grups d’organismes del planeta, entre d’ells, les aus. De fet, en els últims anys s’estan donant descobriments realment importants i el que us explicaré a continuació, a mi personalment, m’ha deixat sense paraules. Es tracta d’un treball publicat al 2016 a la revista Science i realitzat per científiques Mylene M. Mariette i Katherine L. Buchanan.

Com no podia ser d’altra manera, els efectes materns sobre la descendència a la natura són molt importants, doncs afecten a la plasticitat fenotípica (canvis als caràcters d’un organisme degut als estímuls ambientals), a l’aclimatació tèrmica, al creixement, etc. Per tant, sabent el paper que juga la mare i un pare sobre el desenvolupament de la descendència, es van fer una pregunta realment interessant. Poden els pares d’una nidada informar als embrions sobre les condicions ambientals que s’estan donant? La resposta és afirmativa.

Existeixen varis estudis que demostren que els pares canten als seus pollets durant la incubació i de fet, a l’última fase embrionària, aquests són capaços de percebre dits estímuls paterns i de respondre a ells.

Mylene M. Mariette i Katherine L. Buchanan van treballar amb una espècie anomenada diamant clapat (Taeniopygia guttata). Es tracta d’una espècie que viu a Austràlia, d’uns 12gr  de pes. Les parelles posen de 4 a 6 ous per temporada que eclosionen a les dues  setmanes. Són volanders a la tercera setmana i a la cinquena, ja són independents, adquirint la maduresa sexual als 3 mesos aproximadament, tant femelles com mascles. Una dada important és que durant el període de cria existeix coordinació parental en la seva cura.

1
Fig. 1 Diamants clapat (Taeniopygia guttata) (Imatge propietat de Keith Gerstung de McHenry, IL EEUU CC 2.0)

Van observar que quan un dels pares es quedava sol al niu amb els ous, cantava el que van denominar “incubation call”. La freqüència de dit cant augmentava al final del període d’incubació, és a dir, a mesura que s’aproximava la data d’eclosió dels ous. A més, una curiositat, és que dit cant estava clarament associat amb la temperatura ambiental, doncs la realitzaven quan es superaven els 26ºC.

Com van desenvolupar l’experiment? Van agafar ous per incubar-los artificialment a 37ºC. Les científiques havien gravat el “call incubation” i van reproduir el so al grup experimental durant els últims 5 dies d’incubació, mentre que al control van reproduir un altra so no relacionat amb la temperatura. Posteriorment, els pollets van ser  retornats a les caixes nius on van ser exposats a una variació de temperatura ambiental natural. Que van observar? Que els individus que havien eclosionat del grup experimental tenien un patró de creixement diferent respecte els del grup control. Quan la temperatura ambiental era elevada, els pollets nascuts del grup experimental tenien una menor taxa de creixement respecte el grup control.

Recordem que tenir una mida petita quan les temperatures ambientals són elevades suposa un avantatge, doncs  no oblidem la relació superfície/volum. Quan menor es la mida, la superfície és major respecte el volum, pel que hi ha una major superfície a través de la qual l’animal pot perdre calor. No obstant, per comprovar si això representava un avantatge adaptatiu, les científiques van avaluar l’èxit reproductiu un cop els individus van ser adults. Quin va ser el resultat? Que les femelles petites nascudes a temperatures elevades o que les grans a temperatures fredes, tenien major èxit reproductiu.

Per tant, van confirmar que el cant que els pares realitzen quan les temperatures ambientals són elevades, no només es reconegut pels ous, sinó que a més, tenen efectes un cop els individus eclosionen d’aquest, tant en el creixement com en l’èxit reproductiu.

Us deixo un enllaç on podeu veure un vídeo resum del treball.

Bibliography

Paper

Mariette, M. M., & Buchanan, K. L. (2016). Prenatal acoustic communication programs offspring for high posthatching temperatures in a songbird. Science, 353(6301), 812-814.

Web

http://animaldiversity.org/accounts/Taeniopygia_guttata/

 

A “new” structure of thermoregulation: the bill

(Text in three languages, in order of appearance: English, Spanish and Catalan).

In 2009, one of the most prestigious journals in the world of science, the journal named Science, published a paper done by Tattersall and his colleges where they demonstrated the paper that the bill plays in thermoregulation. This role of the bill in thermoregulation, it has been previous treated in the 80s, but due to the increase of environmental temperature and the existing concern of how animals respond to global warming, this physiological aspect is gaining interest.

The bill is a very important structure in communication, breathing, evaporation, sensorial perception and feeding of birds. In fact, a world-known example is the relationship between feeding and the bill’s shape and size of Darwin’s finches (Image). However, these researchers asked themselves if the bill could also play a relevant paper in the regulation of body temperature. To answer this question they used a bird whose bill stands out within the animal world, the toco toucan (Ramphastos toco) (Fig. 1).

1
Fig. 1 Toco toucan (Ramphastos toco) (Image property of William Warby CC 2.0)

They chose a very interesting species, after all, it’s the toucan with the largest bill and like any other bird, it’s an endothermic and a homoeothermic species. The ability to maintain body temperature within a favorable temperature range it’s the result of a balance between the amount of heat that the animal acquires with respect to the heat it dissipates, which is strongly related to other environmental variables, such as the temperature of the environment or the intensity of the wind. For example, if the ambient temperature is high, the animal will dissipate heat more easily if the wind is much intense.

Now… why the bill? Why is this body structure relevant in thermoregulation? The birds are covered by feathers, which function as insulation. However, there are areas of the body that are not isolated, such as the legs or the bill (Fig. 2). The bill is not just a not isolated structure; it’s also a very vascularized and elongated one, so it could function as a “thermal window“. In other words, it would be a structure that would function as a source of heat input or output. Finally, the heat could be maintained by the animal if the bill is closed or it could be dissipated if the bill is open. For all these reasons, the bill has adequate characteristics to function as a relevant structure in the regulation of body temperature.

2
Fig. 2 Enlarged image of toco toucan’s bill (Image property of Mateus Hidalgo CC 2.5)

Once we know the background and the reasons why the interest lies in the bill, I’ll proceed to tell you, in a brief and simple way, the experiment that the team of Tattersall done. After capturing the individuals and kept them for a period of acclimation in captivity, the individuals were exposed, individually, to ambient temperatures that covered a very wide range (8ºC to 36ºC approximately). The researchers made several measurements, including recording with thermographic cameras the individuals when they were exposed to an environmental temperature of 10 to 35ºC.

Thanks to the obtained images they observed a variation in the vascularization of the bill according to the environmental temperature and they conclude that these individuals could lose up to 400% of heat through the peak (Image). The temperature of the bill was higher with the increment of environmental temperature.

Subsequently, new experiments have been developed to evaluate the role of the bill in thermoregulation thanks to the use of thermographic cameras. In fact, in another study led by Tattersall in 2017, the role of the bill in thermoregulation was evaluated in three species of Darwin’s finches: small ground finch (Geospiza fuliginosa) (Fig. 3), large ground finch (Geospiza magnirostris) (Fig. 4) and small cactus finch (Geospiza scandens) (Fig. 5).

3
Fig. 3 Small ground finch (Geospiza fuliginosa) (Image property of Putneymark CC 2.0)
4
Fig. 4 Large ground finch (Geospiza magnirostris) (Image property of Peter Wilton CC 2.0)
5
Fig. 5 Small cactus finch (Geospiza scandens) (Image property of Nancy/ecosense CC 3.0)

In conclusion, they showed that in finches the bill is also a structure that participates in thermoregulation and that, in fact, larger bills lost more heat than small bills.


En 2009, una de las revistas más prestigiosas dentro del mundo de la ciencia, la revista Science, publicó un trabajo realizado por Tattersall y colaboradores donde demostraban el papel que juega el pico en la termorregulación. El rol del pico en la termorregulación se había tratado anteriormente en los años 80, pero debido al incremento de temperatura ambiental y la preocupación existente de cómo los animales responderán al calentamiento global, este aspecto fisiológico está adquiriendo interés.

El pico es una estructura muy importante en la comunicación, respiración, evaporación, percepción sensorial y en la alimentación de las aves. De hecho, un ejemplo mundialmente conocido es la relación que existe entre la alimentación y el pico en los pinzones de Darwin (Imagen). Sin embargo, estos investigadores se preguntaron si el pico podría, además, ser relevante en la regulación de la temperatura corporal. Para ello, trabajaron con un pájaro cuyo pico destaca dentro del mundo animal, el tucán toco (Ramphastos toco) (Fig. 1).

1
Fig. 1 Tucán toco (Ramphastos toco) (Imagen propiedad de William Warby CC 2.0)

Escogieron una especie muy interesante, al fin y al cabo, es el tucán con el pico más grande y como cualquier ave, se trata de una especie endotérmica y homeoterma. La capacidad de mantener la temperatura corporal dentro de un rango de temperatura favorable no deja de ser el resultado de un balance entre la cantidad de calor que el animal adquiere respecto el calor que disipa, lo que está fuertemente relacionado con otras variables ambientales, como la temperatura del ambiente o la intensidad del viento. Por ejemplo, si la temperatura ambiental es elevada, el animal disipará calor más fácilmente si el viento es más intenso.

Ahora bien, ¿Por qué el pico? ¿Por qué esta estructura corporal puede ser relevante en la termorregulación? Los pájaros están cubiertos por plumas, las cuáles funcionan como aislante. No obstante, hay zonas del cuerpo que no están aisladas, como son las patas o el pico (Fig. 2). A su vez, el pico no sólo no está aislado sino que se trata de una estructura muy vascularizada y alargada, por lo que podría funcionar como “ventana térmica”. En otras palabras, sería una estructura que funcionaría como fuente de entrada y salida de calor. Finalmente, en cuánto al pico, el calor podría mantenerse si éste lo mantuvieran cerrado o bien, facilitarían la disipación de calor abriéndolo. Por todo ello, el pico presenta unas características aptas para funcionar como una estructura relevante en la regulación de temperatura corporal.

2
Fig. 2 Imagen ampliada del pico del tucán toco (Imagen propiedad de Mateus Hidalgo CC 2.5)

Una vez conocemos los antecedentes y las razones de por qué el interés radica en el pico, pasaré a contaros de forma breve y sencilla el experimento. Tras la captura de los individuos y de un período de aclimatación en cautividad, los individuos fueron expuestos, individualmente, a un rango de temperaturas ambientales (de 8ºC a 36ºC aprox.). Los investigadores hicieron varias mediciones, entre ellas, grabaron con cámaras termográficas a los individuos cuando fueron expuestos a temperaturas de 10 a 35ºC.

Gracias a las imágenes obtenidas observaron una variación en cuanto a la vascularización del pico según la temperatura ambiental. De hecho, concluyeron que estos individuos podían llegar a perder hasta un 400% de calor a través del pico (Imagen).

Posteriormente se han desarrollado nuevos experimentos para evaluar el papel del pico en la termorregulación gracias al uso de cámaras termográficas. En otro trabajo liderado por Tattersall en 2017, se estudió el rol del pico en la termorregulación de tres especies de pinzones de Darwin: pinzón terrestre pequeño (Geospiza fuliginosa) (Fig.3), pinzón terrestre grande (Geospiza magnirostris) (Fig. 4) y pinzón de cactus común (Geospiza scandens) (Fig.5).

3
Fig. 3 Pinzón terrestre pequeño (Geospiza fuliginoza) (Imagen propiedad de Putneymark CC 2.0)
4
Fig. 4 Pinzón terrestre grande (Geospiza magnirostris) (Imagen propiedad de Peter Wilton CC 2.0)
5
Fig. 5 Pinzón de cactus común (Geospiza scandens) (Imagen propiedad de Nancy/ecosense CC 3.0)

En él se demostró que en los pinzones el pico también es una estructura que participa en la termorregulación y de hecho, también confirmaron que los picos de mayor tamaño perdían más calor que los picos pequeños.


Al 2009, una de les revistes més prestigioses dins del món de la ciència, la revista Science, va publicar un treball realitzat per Tattersall i col·laboradors on demostraven el paper que juga el bec a la termoregulació. El rol del bec en la termoregulació, s’havia tractat anteriorment als anys 80, però degut al increment de temperatura ambiental i a la preocupació existent de cóm els animals respondran a l’escalfament global, aquest aspecte fisiològic ha adquirit interès.

El bec és una estructura molt important en la comunicació, respiració, evaporació, percepció sensorial i en l’alimentació en les aus. De fet, un exemple mundialment conegut és la relació existent entre l’alimentació i el bec en els pinsans de Darwin (Imatge). No obstant, els investigadors es van preguntar si el bec podria, a més, ser rellevant en la regulació de la temperatura corporal. Per això, van treballar amb un ocell amb un bec que destaca dins del món animal, el tucà toco (Ramphastos toco) (Fig. 1).

1
Fig. 1 Tucà toco (Ramphastos toco) (Imatge propietat de William Warby CC 2.0)

Van escollir una espècie molt interessant, al cap i a la fi, és el tucà amb el bec més gran i com qualsevol au, es tracta d’una espècie endotèrmica i homeoterma. La capacitat de mantenir la temperatura corporal dins d’un rang de temperatura favorable no deixa de ser un balanç entre la quantitat de calor que l’animal adquireix respecte la que dissipa, el que està fortament relacionat amb altres variables ambientals, com la temperatura de l’ambient o la intensitat del vent. Per exemple, si la temperatura ambiental és elevada, l’animal dissiparà calor més fàcilment si el vent és més intens.

Ara bé, per què el bec? Per què aquesta estructura corporal pot ser important en la termoregulació? El ocells estan coberts per plomes, les quals funcionen com aïllants. Malgrat això, hi ha zones del cos que no es troben aïllades, com són les potes o el bec (Fig. 2). Alhora, el bec no només no està aïllat sinó que es tracta d’una estructura molt vascularitzada i allargada, per lo que podria funcionar com “finestra tèrmica”. En altres paraules, seria una estructura que funcionaria com a font d’entrada i sortida de calor. Finalment, en quan al bec, el calor podria mantenir-se si aquest romangués tancat o bé, es facilitaria la dissipació del calor obrint-lo. Per tot això, aquest presenta unes característiques aptes per funcionar com una estructura rellevant en la regulació de la temperatura corporal.

2
Fig. 2 Imatge ampliada del bec del tucà toco (Imatge propietat de Mateus Hidalgo CC 2.5)

Un cop coneixem els antecedents i raons de perquè el bec pot ser una estructura a destacar, passaré a explicar-vos de forma breu i senzilla l’experiment. Rere la captura dels individus i d’un període d’aclimatació en captivitat, els individus van ser exposats individualment a temperatures ambientals de 8ºC a 36ºC aprox. Els investigadors van fer diverses mesures, entre d’elles, van filmar amb càmeres termogràfiques als individus quan van ser exposats a una temperatura ambiental de 10 a 35ºC.

Gràcies a les imatges obtingudes van observar una variació en quan a la vascularització del bec segons la temperatura ambiental. De fet, van concloure que els individus podien arribar a perdre fins un 400% de calor a través del bec (Imatge).

Posteriorment s’han desenvolupat nous experiments per avaluar el paper del bec en la termoregulació gràcies a l’ús de càmeres termogràfiques. En un altra estudi liderat per Tattersall al 2017, es va estudiar el rol del bec en la termoregulació de tres espècies de pinsans de Darwin: Geospiza fuliginosa (Fig. 3), Geospiza magnirostris (Fig. 4) i Geospiza scandens (Fig. 5).

3
Fig. 3 Geospiza fuliginosa (Imatge propietat de Putneymark CC 2.0)
4
Fig. 4 Geospiza magnirostris (Imatge propietat de Peter Wilton CC 2.0)
5
Fig. 5 Geospiza scandens (Imatge propietat de Nancy/ecosense CC 3.0)

En aquest es va demostrar que en els pinsans el bec també és una estructura que participa en la termoregulació i de fet, van també van confirmar que els becs de major mida permetien perdre més calor que els becs petits.


Bibliography

  • Burness, G., Huard, J. R., Malcolm, E., & Tattersall, G. J. (2013). Post-hatch heat warms adult beaks: irreversible physiological plasticity in Japanese quail. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 280(1767), 20131436
  • Tattersall, G. J., Andrade, D. V., & Abe, A. S. (2009). Heat exchange from the toucan bill reveals a controllable vascular thermal radiator. science, 325(5939), 468-470
  • Tattersall, G. J., Chaves, J. A., & Danner, R. M. (2018). Thermoregulatory windows in Darwin’s finches. Functional Ecology, 32(2), 358-368

Thermoregulation of desert birds

(Text in three languages, in order of appearance: English, Spanish and Catalan).

In this post I’ll consider that you already know the explanations presented in oldier posts. In case that you  want to remember, I recommend to visit the post “Thermoregulation” in the section “Avian physiology” and the post “The impact of climate change on birds” in the section “Climate change”.  

It’s not surprising if I say that deserts (Fig. 1) are one of the harshest environments of the planet. In fact, temperatures move between <0ºC and >50ºC. They also have high solar radiation and an extremely arid environment. The relative humidity is low and rains scarce and unpredictable. However, in these unwelcoming places, we also find birds.

1
Fig. 1 Sonoran Desert (Image property of Giraldo Quijada (…) CC 3.0).

If we think on a bird, we might believe that they are not a group that could survive in deserts. First of all, they are animals, mostly diurnal, so they are exposed to high temperatures during their peaks of activity. The desert lark (Ammomanes deserti) (Fig. 2) or the greater hoopoe-lark (Alaemon alaudipes) (Fig. 3) are two examples of diurnal animals. On the other hand, they have a small body size, a high metabolism (link) and a limited capacity to store water.

2.jpg
Fig. 2 Desert lark (Ammomanes deserti) (Image property of Greg Schechter CC 2.0)
3
Fig. 3 Greater hoopoe-lark (Alaemon alaudipes) (Image property of Sumeet Moghe CC 3.0)

However, despite the comments made above, birds have a series of characteristics that allow them to live in arid environments.

Avian have a high body temperature, higher than that of mammals, which makes it easier for them to lose heat without spending energy. Remember that this loss occurs when the body temperature is higher than the environmental temperature and… ¿How it happens? It happens by radiation, conduction and/or convection. Nevertheless, when the environmental temperature exceeds body temperature, the animal must continue to lose heat to avoid reaching deadly body temperatures (>46-47ºC). This implies that the bird must begin to expend energy and lose water to dissipate heat.

For example, the verdin (Auriparus flaviceps) (Fig. 4) is a resident species (we find it throughout the year) in the Sonoran Desert. In this desert, temperatures higher than 50ºC can be reached and, in fact, the loss of water by evaporation in these individuals increases exponentially once the environmental temperature exceeds, approximately, 38ºC.

4.jpg
Fig. 4 Verdin (Auriparus flaviceps) (Image property of Alejandra Mercado on Flickr CC 2.0)

Thus, we encounter a problem: the water. Animals need water to lose heat, but it’s also needed to keep hydrated. Due to this conflict, it’s vital for birds optimize their use.

When the difference between body  and environment temperature is greater, more pronounced is the loss of water. Therefore, birds increase their body temperature (facultative hyperthermia) to reduce this gradient.

If we compare birds from desert climates with birds from temperate climates, we see differences in their metabolism. The basal metabolism (minimum energy expenditure required to stay alive) of desert birds is lower than that of other birds, which allows them to have a lower energy demand (which is important in an environment where primary productivity is very poor), less water loss and produce less internal heat. In other words, if we take closely related birds phylogenetically, the bird adapted to the desert climate will better support a temperature of 35ºC, than one that lives in climates with milder environmental variables.

Another problem arising from water scarcity is that organisms can’t cool themselves either. In fact, vultures supply it by urinating on their paws to refresh themselves. One of the vultures that live in the desert is, for example, the black vulture (Coragyps atratus) (Fig. 5), found in the Sonoran Desert.

5
Fig. 5 Black vulture (Coragyps atratus) (Image property of Mdf CC 3.0).

On the other hand, we mustn’t forget active mechanisms of heat dissipation (spending energy) such as panting or gular fluttering. An example is the gular fluttering found in the elf owl (Micrathene whitneyi) (Fig. 6).

6
Fig. 6 Elf owl (Micrathene whitneyi) (Image property of Own work CC 3.0).

Coping with heat doesn’t only depend on metabolism, we can’t forget behavior. Activities such as finding food, a partner or territorial behavior, may be suppressed. For example, the cactus wren (Campylorhynchus brunneicapillus) (Fig. 7) decreases its activity when the environmental temperature exceeds 35ºC.

7
Fig. 7 Cactus wren (Campylorhynchus brunneicapillus) (Image property of Brent Myers CC 2.0).

Another way in which birds face high temperatures is by using thermal shelters. These are areas protected from radiation and/or that have a greater air current, etc. For example, the Karoo larks (Calendulauda albescens) (Fig. 8) rest in the shade provided by tall grasses and rocks during the hottest periods of the day.

8
Fig. 8 Karoo larks (Calendulauda albescens) (Image property of Alan Manson on Flickr CC 2.0)

The prairie falcon (Falco mexicanus) (Fig. 9) is another example. This builds its nests on the north face of cliffs because are cooler than south face.

8
Fig. 9 Prairie falcon (Falco mexicanus) (Image property of Dominic Sherony on Flickr CC 2.0)

Body postures are also important. Birds change their body posture to favor the loss of heat. For this reason, they stand up and expose their legs to the current air. At the end of the day, we mustn’t forget that when greater is the air flow, the heat is loss easily.

What will happen with climate change? We expect an increase in the ambient temperature, so temperatures in the shade or in thermal refugees will also be higher. Therefore, a rise in mortality of these animals is also expected.


No es sorprendente si digo que los desiertos (Fig. 1) son unos de los ambientes más duros del planeta. De hecho, las temperaturas se mueven entre <0ºC y >50ºC. También presentan una elevada radiación solar y un clima extremadamente árido, pues la humedad relativa es muy baja y las lluvias escasas e impredecibles. Sin embargo, en estos sitios tan poco acogedores, también encontramos aves.

1
Fig. Desierto de Sonora (Imagen propiedad de Giraldo Quijada (…) CC 3.0)

Si pensamos en un pájaro, podríamos creer que no son un grupo que pudiera sobrevivir en los desiertos por varias razones. En primer lugar, se trata de animales, en su mayoría, diurnos, por lo que están expuestos a las elevadas temperaturas durante sus picos de actividad. Como por ejemplo la terrera sahariana (Ammomanes deserti) (Fig. 2) o la alondra ibis (Alaemon alaudipes) (Fig. 3). Por otro lado, su pequeño tamaño corporal hace que su metabolismo sea elevado (link), y que tengan una limitada capacidad para almacenar agua.

2
Fig. 2 Terrera sahariana (Ammomanes deserti) (Imagen propiedad de Greg Schechter CC 2.0)
3
Fig. 3 Alondra ibis (Alaemon alaudipes) (Imagen propiedad de Sumeet Moghe CC 3.0)

Sin embargo, a pesar de lo comentado anteriormente, las aves presentan una serie de características que les permiten poder vivir en los climas áridos.

Éstas poseen una temperatura corporal elevada, superior a la de los mamíferos, lo que facilita que puedan perder calor sin gastar energía. Recordemos que dicha pérdida se produce cuando la temperatura corporal es superior a la ambiental por: radiación, conducción y/o convección. No obstante, cuando la temperatura ambiental supera a la temperatura corporal, el animal debe seguir perdiendo calor para evitar alcanzar temperaturas corporales mortales (>46-47ºC). Esto implica, que el pájaro debe empezar a gastar energía y perder agua para conseguirlo.

Por ejemplo, el moscón baloncito (Auriparus flaviceps) (Fig. 4) es una especie residente (la encontramos durante todo el año) en el Desierto de Sonora. En dicho desierto, se pueden alcanzar temperaturas superiores a los 50ºC y de hecho, la pérdida de agua por evaporación en estos individuos aumenta exponencialmente una vez la temperatura ambiental supera, aproximadamente, los 38ºC.

4
Fig. 4 Moscón baloncito (Auriparus flaviceps) (Imagen propiedad de Alejandra Mercado en Flickr CC 2.0)

Entonces, nos encontramos con un problema: el agua. Ésta es necesaria para que los animales pierdan calor, pero a su vez, la necesitan para poder mantener el organismo hidratado. Debido a este conflicto, es vital que las aves optimicen su uso.

Cuando mayor es la diferencia entre la temperatura corporal y la temperatura ambiental, más acusada es la pérdida de agua. Por ello, las aves aumentan su temperatura corporal (hipertermia facultativa) para reducir este gradiente.

Si comparamos aves de climas desérticos con aves de climas templados, vemos diferencias en cuanto a su metabolismo. El metabolismo basal (gasto mínimo de energía que se requiere para mantenerse vivo) de las aves del desierto es menor al de las otras aves, lo que permite que tengan una menor demanda energética (lo que es importante en un ambiente donde la productividad primaria es muy pobre), una menor pérdida de agua y que produzcan menos calor interno. En otras palabras, si cogemos aves estrechamente relacionadas filogenéticamente, el ave adaptada al clima desértico soportará mejor una temperatura de 35ºC, que una que viva en climas con variables ambientales más suaves.

Otro de los problemas derivados de la escasez de agua, es que los organismos tampoco pueden refrescarse. De hecho, los buitres la suplen orinándose sobre las patas para refrescarse. Uno de los buitres que viven en el desierto es por ejemplo, el buitre negro americano (Coragyps atratus) (Fig. 5), lo encontramos en el Desierto de Sonora.

5
Fig. 5 Buitre negro americano (Coragyps atratus) (Imagen propiedad de Mdf CC 3.0)

Por otro lado, no nos hemos de olvidar de mecanismos de disipación de calor de forma activa (gastando energía) como el jadeo o el gular fluttering. Un ejemplo es el gular fluttering que encontramos en el mochuelo de los saguaros (Micrathene whitneyi) (Fig. 6).

6
Fig. 6 Mochuelo de los saguaros (Micrathene whitneyi) (Imagen propiedad de Own work CC 3.0)

Hacer frente al calor, no solo depende del metabolismo, sino también del comportamiento. Actividades como la búsqueda de alimento, de pareja o el comportamiento territorial, pueden verse suprimidos. Por ejemplo, el cucarachero desértico (Campylorhynchus brunneicapillus) (Fig. 7) disminuye su actividad cuando la temperatura ambiental supera los 35ºC.

7
Fig. 7 Cucarachero desértico (Campylorhynchus brunneicapillus) (Imagen propiedad de Brent Myers CC 2.0)

Otra de las formas en que las aves hacen frente a las temperaturas elevadas es usando refugios térmicos. Son zonas protegidas de la radiación y/o que por ejemplo, presentan mayor corriente de aire, etc. Las alondras del Karoo (Calendulauda albescens) (Fig. 8) descansan en la sombra proporcionada por hierbas altas y rocas durante los períodos más calurosos del día.

8
Fig. 8 Alondra del Karoo (Calendulauda albescens) (Imagen propiedad de Alan Manson en Flickr CC 2.0)

El halcón mexicano (Falco mexicanus) (Fig. 9) construye sus nidos en acantilados orientados al norte para evitar las temperaturas más cálidas de la banda sur.

8
Fig. 9 Halcón mexicano (Falco mexicanus) (Imagen propiedad de Dominic Sherony en Flickr CC 2.0)

Las posturas corporales también son importantes. Las aves cambian su postura corporal para favorecer la pérdida de calor. Por este motivo, los pájaros se yerguen y exponen sus patas al aire. Al fin y al cabo, no nos hemos de olvidar de que cuanto mayor es la corriente de aire, más fácilmente se pierde calor.

¿Qué pasará con el cambio climático? Se espera un aumento de la temperatura ambiental, por lo que las temperaturas en la sombra o en los refugios térmicos, también incrementarán. Por lo que se prevé un aumento de mortalidad de estos animales.


No és sorprenent si dic que els deserts (Fig. 1) són un dels ambients més durs del planeta. De fet, les temperatures es mouen entre <0ºC i >50ºC. També presenten una elevada radiació solar i un clima extremadament àrid. La humitat relativa és molt baixa i les pluges escasses i impredictibles. No obstant, en aquests llocs tan poc acollidors, també trobem aus.

1
Fig. 1 Desert de Sonora (Imatge propietat de Giraldo Quijada (…) CC3.0)

Si pensem en un ocell, podríem creure que no són un grup que pogués sobreviure en els deserts. En primer lloc, es tracta d’animals, en la seva majoria, diürns, i doncs, estan exposats a les elevades temperatures durant els seus pics d’activitat. Per exemple, la terrerola del desert (Ammomanes deserti) (Fig. 2) o l’alosa puput (Alaemon alaudipes) (Fig. 3) són exemples d’ocells diürns. D’altra banda, la seva petita mida corporal fa que el seu metabolisme sigui elevat (link), i que tinguin una limitada capacitat per emmagatzemar aigua.

2
Fig. 2 Terrerola del desert (Ammomanes deserti) (Imatge propietat de Greg Schechter CC 2.0)
3
Fig. 3 Alosa puput (Alaemon alaudipes) (Imatge propietat de Sumeet Moghe CC 3.0)

Tot i així, les aus presenten una sèrie de característiques que les permeten poder viure en climes àrids.

Posseeixen una temperatura corporal elevada, superior a la dels mamífers, el que facilita que puguin perdre calor sense gastar energia. Recordem que dita pèrdua es produeix quan la temperatura corporal és superior a l’ambiental per mitjà de: radiació, conducció i/o convecció. No obstant, quan la temperatura ambiental supera a la temperatura corporal, l’animal ha de seguir perdent calor per evitar assolir temperatures corporals mortals (>46-47ºC). Això implica, que l’ocell ha de començar a gastar energia i perdre aigua, per dissipar calor.

Per exemple, l’ocell Auriparus flaviceps (Fig. 4) és una espècie resident (la trobem durant tot l’any) en el Desert de Sonora. En dit desert, es poden arribar a temperatures superiors als 50ºC i de fet, la pèrdua d’aigua per evaporació en aquests individus augmenta exponencialment un cop la temperatura ambiental supera, aproximadament, els 38ºC.

4
Fig. 4 Auriparus flaviceps (Imatge propietat d’Alejandra Mercado a Flickr CC 2.0)

Aleshores, ens trobem amb un problema: l’aigua.  Aquesta és necessària per a què els animals perdin calor, però a la vegada, la necessiten per poder mantenir l’organisme hidratat. Degut a aquest conflicte, és vital que les aus optimitzen el seu ús.

Quan major és la diferència entre la temperatura corporal i la temperatura ambiental, més acusada és la pèrdua d’aigua. Per això, les aus augmenten la seva temperatura corporal (hipertèrmia facultativa), per reduir aquest gradient.

Si comparem les aus de climes desèrtics amb aus de climes temperats, veiem diferències en quan al seu metabolisme. El metabolisme basal (despesa mínima d’energia què requereix per mantenir-se viu l’animal) de les aus del desert és menor al d’altres aus, el que permet que tinguin una menor demanda energètica (el que és important en un ambient on la productivitat primària és pobre), una menor pèrdua d’aigua i que produeixin menys calor intern. En altres paraules, si agafem aus estretament relacionades filogenèticament, l’au adaptada al clima desèrtic suportarà millor una temperatura de 35ºC, que una que visqui en un clima on les variables són més suaus.

Un altra problema derivat de l’escassetat d’aigua, és que els organismes tampoc poden refrescar-se. De fet, això els voltors ho supleixen orinant-se sobre les potes. Un dels voltors que viu al desert és el zopilot negre (Coragyps atratus) (Fig. 5), el trobem al Desert de Sonora.

5
Fig. 5 Zopilot negre (Coragyps atratus) (Imatge propietat de Mdf CC 3.0)

D’altra banda, no ens hem d’oblidar dels mecanismes de dissipació del calor de forma activa (gastant energia) com el panteix  o el gular fluttering. Un exemple de gular fluttering el trobem al mussolet dels saguaros (Micrathene whitneyi) (Fig. 6).

6
Fig. 6 Mussolet dels saguaros (Micrathene whitneyi) (Imatge propietat de Own work CC 3.0)

Fer front a la calor, no només depèn del metabolisme, sinó també del comportament. Activitats com la cerca d’aliment, de parella o el comportament territorial, poden veure’s suprimits. Per exemple, el caragolet dels cactus (Campylorhynchus brunneicapillus) (Fig. 7) disminueix la seva activitat quan la temperatura ambiental supera els 35ºC.

7
Fig. 7 Caragolet dels cactus (Campylorhynchus brunneicapillus) (Imatge propietat de Brent Myers CC 2.0)

Altra de les formes que les aus tenen per fer front a les temperatures elevades és utilitzant els refugis tèrmics. Són zones protegides de la radiació i/o per exemple, que presenten una major corrent d’aire, etc. L’ocell Calendulauda albescens (Fig. 8) descansa en l’ombra proporcionada per herbes altes i roques durant els períodes més calorosos del dia.

8
Fig. 8 Calendulauda albescens (Imatge propietat de Alan Manson a Flickr CC 2.0)

El falcó de la praderia (Falco mexicanus) (Fig. 9) construeix els seus nius en la cara nord dels penya-segats per evitar les temperatures més càlides de la cara sud.

8
Fig. 9 Falcó de la praderia (Falco mexicanus) (Imatge propietat de Brent Myers CC 2.0)

Les postures corporals també són importants. Les aus canvien de postura corporal per afavorir la pèrdua de calor. Per aquest motiu, els ocells s’alcen i exposen les seves potes a l’aire. Al cap i a la fi, no ens hem d’oblidar de què quant major és la corrent d’aire, més fàcilment es perd calor.

Què passarà amb el canvi climàtic? S’espera un augment de la temperatura ambiental, de tal manera que la temperatura a l’ombra i als refugis tèrmics augmentarà. Per tant, es preveu, alhora, un augment de mortalitat d’aquests animals.

 Bibliography

Papers

  • Williams, J. B and Tieleman, I. 2005. Physiological adaptation in desert birds. BioSciencee 55 (5): 416-425.
  • Wolf, B. 2000. Global warming and avian occupancy of hot deserts; a physiological and behavioral perspective. Revista Chilena de Historia Natural 73: 395-400.

Webs

The effect of global warming over secondary sexual trait

(Text in three languages, in order of appearance: English, Spanish and Catalan)

Animals present a series of characters (for example: colour of the feathers, size of the bill, etc.) that are expressed by their genes and that can be more or less influenced by the environment in which they live. In this case, we will focus on those characters that are defined as secondary sexual traits. By a secondary sexual trait we understand those characteristics that appear in individuals once they have reached sexual maturity.

In nature we find some examples of secondary sexual traits such as the extravagant and striking feathers of many pheasants (Fig. 1) and of birds of paradise.

1
Fig. 1. In this photography we can observe the flamboyant feathers of a common pheasant (Phasianus colchicus) (Image property of Charlesjsharp CC 4.0).

Those types of characters have been selected throughout the evolution, not because they constitute an evolutionary advantage themselves, but because males that present them are chosen by females over the other males and so, they are more successful in finding a partner.

Secondary sexual traits used to be informative about the condition of males, that’s why when a secondary sexual trait is much colourful, large, etc. are preferred by females. That’s why those characters are associated with a better biological efficiency (in other words, they provide a greater number of progeny to the population).

After this brief introduction, I will proceed to show you a story that was made public last year:

Researchers Simon R. Evans and Lars Gustafsson found that the white patch (secondary sexual character) on the forehead of the males of collared flycatchers (Ficedula albicollis) (Fig. 2), was reducing its size due to the effect of climate change.

2.jpg
Fig. 2 A male of collared flycatcher (Ficedula albicollis) where it can be seen the white patch on the forehead (Image property of Katarzyna Stępniewska CC 3.0)

The study lasted 34 years in which they could observe how those males whose white patch was greater were no longer favored, unlike males whose patch was smaller or less striking. They related this phenomenon with the environmental temperature.

This species have an annual breeding cycle where the white patch is formed newly every year. During the first years of the study, males with a larger patch size were selected by the females. However, later there was a change in spring temperatures in the breeding areas. Temperature increased.

There are different reasons to explain this phenomenon, but the most accepted is the following: the increase in temperature can mean that individuals have to invest more energy in surviving and therefore, invest less in ornamentation, so progressively these would not allocate as much energy to the development of the patch.


Los animales presentan una serie de caracteres (por ejemplo: color de las plumas, tamaño del pico, etc.) que son expresados por sus genes y que pueden verse más o menos influenciados por el entorno en el que viven. En este caso, nos vamos a centrar en aquellos caracteres que se definen como caracteres sexuales secundarios. Por carácter sexual secundario entendemos aquellas características que aparecen en los individuos una vez han alcanzado la madurez sexual.

En la naturaleza encontramos muchos ejemplos de caracteres sexuales secundarios, como por ejemplo: las plumas extravagantes y llamativas de muchos faisanes (Fig. 1) y aves del paraíso.

1
Fig. 1 En esta imagen podemos observar las llamativas plumas del faisán común (Phasianus colchicus) (Imagen propiedad de Charlesjsharp CC 4.0)

Este tipo de caracteres han sido seleccionados a lo largo de la evolución, no porque constituyan una ventaja evolutiva per se, sino porque los machos que los presentan son escogidos por las hembras, preferentemente, respecto otros machos y por tanto, tienen más éxito para encontrar una compañera.

Los caracteres sexuales secundarios suelen ser informativos sobre la condición en la que se encuentran los machos, de tal forma que cuánto más llamativos, coloridos, grandes, etc. sean dichos caracteres, más atractivos resultarán para éstas. Por ello, estos caracteres están asociados a una mayor eficacia biológica (esto quiere decir que aportan un mayor número de descendientes a la población).

Tras esta breve introducción, voy a proceder a comentaros una noticia que se hizo pública el pasado año:

Los investigadores Simon R. Evans y Lars Gustafsson observaron que la mancha blanca (carácter sexual secundario) que presentan en la frente los machos de papamoscas acollarados (Ficedula albicollis) (Fig. 2), fue reduciendo su tamaño debido al efecto del cambio climático.

2
Fig. 2 Ejemplar de papamoscas acollarado (Ficedula albicollis) donde se puede observar el parche blanco en la frente (Imagen propiedad de Katarzyna Stępniewska CC 3.0)

En los 34 años que duró el estudio pudieron observar como este carácter dejó de ser seleccionado y se veían favorecidos aquellos machos cuya mancha no era tan grande o notable. Este fenómeno lo relacionaron con un cambio en la temperatura ambiental.

Estas aves tienen un ciclo de cría anual donde la mancha se forma nuevamente cada año. Durante los primeros años del estudio los machos con un mayor tamaño de la mancha eran los seleccionados por las hembras y por tanto, estos brindaban más descendientes a la población. Sin embargo, posteriormente se produjo un cambio en las temperaturas primaverales en las zonas de cría. La temperatura aumentó y pasaron a ser seleccionados los machos cuya mancha era más pequeña.

Existen varios razonamientos para explicar este fenómeno, pero el más aceptado es el siguiente: el incremento de temperatura puede implicar que los individuos tengan que invertir más energía en sobrevivir y por tanto, inviertan menos en la ornamentación, por lo que progresivamente estos no destinarían tanta energía al desarrollo del parche.


Els animals presenten una sèrie de caràcters (per exemple: color de les plomes, mida del bec, etc.) que són expressats pels seus gens i poden veure’s més o menys influenciats per l’ambient en el que viuen. En aquest cas, ens centrarem en aquells caràcters que es defineixen com caràcters sexuals secundaris. Per caràcter sexual secundari entenem aquelles característiques que apareixen en els individus un cop assoleixen la maduresa sexual.

A la natura trobem molts exemples de caràcters sexuals secundaris com per exemple: les plomes extravagants i vistoses de molts faisans (Fig. 1) i aus del paradís.

1
Fig. 1 En aquesta imatge podem observar les vistoses plomes del faisà comú (Phasianus colchicus) (Imatge propietat de Charlesjsharp CC 4.0).

Aquest tipus de caràcters han sigut seleccionats al llarg de l’evolució, no perquè constitueixin una avantatge evolutiva en si mateixos, sinó perquè els mascles que els presenten són escollits per les femelles de forma preferent respecte els altres mascles i per tant, tenen més èxit per trobar una companya.

Els caràcters sexuals secundaris acostumen a ser informatius sobre la condició en la que es troben els mascles, de tal manera que quan més cridaners, colorits, grans, etc. siguin dits caràcters, més atractius resultaran per les femelles. Per això, aquests caràcters estan associats a una major eficàcia biològica (el que vol dir que aporten més descendents a la població).

Rere aquesta breu introducció, procediré a comentar-vos una noticia que es va fer pública l’any passat:

Els investigadors Simon R. Evans i Lars Gustafsson van observar que la taca blanca (caràcter sexual secundari) que es troba al front dels mascles de papamosques de collar (Ficedula albicollis) (Fig. 2) va anar reduint la seva mida degut a l’efecte del canvi climàtic.

2
Fig. 2 Exemplar de papamosques de collar (Ficedula albicollis) on es pot observar la taca blanca al front (Imatge propietat de Katarzyna Stępniewska CC 3.0)

En els 34 anys que va durar l’estudi van poder observar com aquest caràcter va deixar de ser seleccionat i es van veure afavorits aquells mascles que tenien una taca no tan gran o no tan notable. Aquest fenomen el van relacionar amb un canvi en la temperatura ambiental.

Aquestes aus tenen un cicle de cria anual on la taca es forma novament cada any. Durant els primers anys d’estudi, els mascles amb una major mida de taca eren seleccionats per les femelles i per tant, proporcionaven més descendents a la població. No obstant, posteriorment es va produir un canvi en les temperatures primaverals en les zones de cria. La temperatura va augmentar i van passar a ser els mascles de taca petita els seleccionats.

Existeixen varis raonaments per explicar aquest fenomen, però el més acceptat és el següent: l’augment de temperatura pot implicar que els individus hagin d’invertir més energia en sobreviure i per tant, inverteixin menys en l’ornamentació, raó per la qual no destinarien tanta energia al desenvolupament de la taca.

Bibliography

  • Evans S. R. and Gustafsson L. 2017. Climate change upends selection on ornamentation in a wild bird. Nature ecology & evolution 1, 0039
  • Moller A. P. and Pomiankowski A. 1992. Why have birds got multiple sexual ornaments?. Behav. Ecol. Sociobiol. 32: 167-176

 

The impact of climate change on birds

(Text in three languages, in order of appearance: English, Spanish and Catalan)

As we know, in the last years the environmental temperature has been increasing. This rise keep in progress, that’s why one of the most fields of research lies in knowing the impact of climate change.

In this case we are going to focus on the consequences that global warming can have on endotherms, concretely, on birds.

Nowadays we know that the distribution of species is determined by environmental conditions together with the physiological characteristics of individuals. So, if we know the relationship between these factors, the environment and the physiology, we could predict the potential impacts of climate change. One of the environmental conditions that can affects the distribution of species and their fitness (the capacity of an individual to survive and transfer its genes to next generation) is temperature.

Individuals and species grow and develop in environments where there are certain environmental conditions. Therefore, it’s expected that those individuals who have a greater range of distribution and therefore, are exposed to large temperature variability, have greater thermal tolerance and therefore be less affected by climate change.

Now we could ask ourselves… How can we know if a species has a greater or lesser thermal tolerance? If we remember, a few weeks ago I told you about what is known as the thermoneutral zone (Fig.1), I leave the link in case you want to take a look (link). The thermoneutral zone is the range of temperatures where organisms spend the minimum energy and therefore, is the range of temperatures where they do not suffer thermal stress. Then, the greater the range of the thermoneutral zone, the greater thermal tolerance the individual is expected to have.

2
Fig. 1 We can see the extension of the thermoneutral zone that lies between LCT (low critical limit) and UCT (upper critical limit). When the temperature is lower than the limit (LCT), it’s when the birds tremble and when it’s higher (UCT), it’s when they have to lose heat (loss of water by evaporation). (Image obtained from studyblue.com).

A study published in 2014 by the Khaliq team established that birds living in tropical zones will be more affected than those living in polar or temperate zones. Why? Species that live in tropical areas are closer to the upper limit of the thermoneutral zone (UCT), in other words, they have little margin to cope with even warmer temperatures, which can be a challenge for long-term survival. In addition, the increase in temperature in the tropics is expected to be accompanied by a decrease in rainfall. In this way, individuals would have less water available to compensate for thermal stress.

How can birds cope with high temperatures? The birds can spend energy to maintain a favorable body temperature, which in turn means a waste of water. That’s why water is so important. On the other hand, they can increase their body temperature and in this way they decrease the temperature difference between the environment and their body, this is what is known as facultative hyperthermia. There are studies showing that birds can maintain body temperatures between 41.1 and 45.8 °C to cope with heat. However, we don’t know what are the critical limits or the effect that an increase of temperature can have on the performance of the organism. A work carried out by Dawson in 1954 with a bird called towhee (Pipilo spp.) (Fig. 2) saw that they lost the ability to perform coordinated movements when their body temperature was higher than 45ºC and that they died when they reached 47ºC.

3.jpg
Fig. 2 Spotted towhee (Pipilo maculatus) (Image property of Brendan Lally CC 2.0 on Flickr).

On the other hand, the ability to tolerate high environmental temperatures varies depending on the species. In the same study, they found that the towhee suffered from fatal hyperthermia when the environmental temperature was between 39 and 43 °C, while the Tieleman team in 2002 established that individuals of the houbara bustard (Chlamydotis undulata) (Fig. 3) are able to maintain a body temperature lower than 42.5ºC even when the ambient temperature is 50-55ºC.

4
Fig. 3 Houbara bustard (Chlamydotis undulata) (Image property of Frank Vassen CC 2.0)

Another difference that we can find is behavior. Species have different behavioral responses to high temperatures, for example the adults of the Charadriiformes group (Fig. 4 A) share the incubation. When it’s warmer they are relieved more often, which allows them to hydrate and soak themselves more times a day. This was presented by Grant in 1982 and compared this group with females of nightjar (Chordeiles acutipennis) (Fig. 4. B). They incubate throughout the day without leaving the nest to drink or soak, even when the weather is extreme, suggesting that they have greater tolerance to high temperatures and dehydration than caradriforms.

A curiosity is that migratory or nomadic species avoid unfavorable environmental conditions, which is why we expect that these species may be more affected by global warming, compared to sedentary species that face a greater range of environmental temperatures in their habitats.

On the other hand, we must take into account, when the increase in environmental temperature occurs. If it occurs in summer, surely individuals will be exposed to environmental temperatures that exceed the upper limit of their thermoneutral zone or to higher temperatures, so they will have to expend energy to maintain favorable body temperatures or increase their body temperature (facultative hyperthermia).

The increase in the environmental temperature will not only be gradual, it will increase the frequency of heat waves and droughts. In fact, there have been episodes of massive bird mortality on different occasions during the last century, but the number of these has increased in the last decade. This may result in a natural selection of certain species, gender and/or ages, which may affect the demography of bird populations.

However, in the commented study of Khaliq, they worked with different species of birds and could observe that the temperature increase (Fig. 5) was inside the thermoneutral zone of these, so a gradual increase in temperature could be supported by several groups of birds.

6
Fig. 5 Prediction of the increase in temperature in different areas of the planet (Image by Robert A. Rohde CC 3.0)

Finally, as you already know, climate change can indirectly affect this interest group, affecting the distribution of invasive species, the incidence of parasites or increasing competition for food.


Como ya sabemos, en los últimos años ha ido aumentando la temperatura ambiental. Este incremento sigue en proceso, por lo que en la actualidad, uno de los campos de mayor investigación radica en conocer el impacto del cambio climático.

En este caso, nos vamos a centrar en las consecuencias que pueda tener el cambio climático sobre los endotermos y en concreto, sobre las aves.

Actualmente sabemos que la distribución de las especies viene determinada por las condiciones ambientales junto con las características fisiológicas de los individuos. De tal forma, que si conocemos la relación entre estos dos factores, el ambiente y la fisiología, podremos predecir los impactos potenciales del cambio climático. Una de las condiciones ambientales que puede afectar a la distribución de las especies y a su eficacia biológica (capacidad de un individuo para sobrevivir y que sus genes se transfieran a la siguiente generación) es la temperatura.

Los individuos y especies crecen y se desarrollan en unos ambientes donde hay unas determinadas condiciones ambientales. Por ello, se espera que aquellos individuos que tengan un mayor rango de distribución y que por tanto, estén expuestos a una gran variabilidad de temperaturas, presenten mayor tolerancia termal y así pues, puedan verse menos afectados por el cambio climático.

Ahora nos podríamos preguntar… ¿Cómo podemos saber si una especie tiene mayor o menor tolerancia termal? Si hacemos memoria, hace unas semanas os hablé de lo que se conoce como zona termoneutral (Fig. 1), os dejo el enlace por si queréis echar un vistazo (link). La zona termoneutral es el rango de temperaturas donde los organismos gastan la mínima energía y que por tanto, es el rango de temperaturas donde no padecen estrés térmico. Entonces, cuanto mayor sea el rango de la zona termoneutral, mayor tolerancia termal se espera que tenga el individuo.

2
Fig. 1 Podemos ver la extensión de la zona termoneutral que se encuentra entre LCT (límite de baja temperatura) y UCT (límite de alta temperatura). Cuando la temperatura es inferior a la del límite LCT, es cuando los pájaros tiemblan y cuando es superior a la del límite UCT, es cuando tienen que perder calor (pérdida de agua por evaporación). (Imagen obtenida de studyblue.com).

Un estudio publicado en el año 2014 realizado por el equipo de Khaliq estableció que las aves que viven en zonas tropicales se verán más afectadas respecto las que viven en zonas polares o templadas. ¿Por qué? Las especies que viven en zonas tropicales están más cerca del límite superior de la zona termoneutral (UCT), en otras palabras, tienen poco margen para poder hacer frente a temperaturas aún más cálidas, lo que puede suponer un reto de supervivencia a largo plazo. Además, se espera que el aumento de temperatura en las zonas tropicales vaya acompañado con una disminución en las precipitaciones. De tal forma, los individuos tendrían menos agua disponible para poder compensar el estrés térmico.

¿Cómo las aves pueden hacer frente a las temperaturas elevadas? Las aves pueden gastar energía para mantener una temperatura corporal favorable, lo que supone a su vez, un gasto de agua y por ello, esta es tan importante. Por otro lado, pueden aumentar su temperatura corporal para disminuir la diferencia de temperatura entre el ambiente y su cuerpo, esto es lo que se conoce como hipertermia facultativa. Hay estudios donde se muestra que las aves pueden mantener temperaturas corporales entre 41,1 y 45,8ºC para hacer frente al calor. Sin embargo, no se sabe cuáles son los límites críticos o el efecto que puede tener sobre el rendimiento del organismo un aumento elevado de temperatura. Un trabajo llevado a cabo por Dawson en 1954 con un ave llamado rascador (Pipilo spp.) (Fig. 2) vieron que perdían capacidad para realizar movimientos coordinados cuando su temperatura corporal era mayor de 45ºC y que morían, cuando alcanzaban los 47ºC.

3
Fig. 2 Rascador maculoso (Pipilo maculatus) (Imagen propiedad de Brendan Lally CC 2.0 en Flickr)

Por otro lado, la capacidad de tolerar temperaturas elevadas ambientales varía en función de la especie. En el mismo estudio, encontraron que los rascadores padecían hipertermia mortal cuando la temperatura ambiental era de entre 39 y 43ºC, mientras que el equipo de Tieleman en 2002 establece que individuos de avutarda hubara (Chlamydotis undulata) (Fig. 3) son capaces de mantener una temperatura corporal menor a 42,5ºC aún y cuando la temperatura ambiental es de 50-55ºC.

4
Fig. 3 Avutarda hubara (Chlamydotis undulata) (Imagen propiedad de Frank Vassen CC 2.0)

Otra de las diferencias que podemos encontrarnos radica en el comportamiento. Las especies tienen diferentes respuestas comportamentales a las altas temperaturas, por ejemplo, los adultos del grupo caradriformes (Fig. 4. A) comparten la incubación. Cuando hace más calor se relevan con más frecuencia lo que les permite que puedan hidratarse y remojarse más veces al día. Esto fue presentado por Grant en 1982 y comparó este grupo con hembras de chotacabras (Chordeiles acutipennis) (Fig. 4. B). Estas incuban a lo largo del día sin dejar el nido para beber o remojarse, incluso cuando el clima es extremo, lo que sugiere que tienen mayor tolerancia a las altas temperaturas y a la deshidratación que los caradriformes.

Una curiosidad es que las especies migratorias o nómadas evitan las condiciones ambientales desfavorables por lo que esperamos que estas especies puedan verse más afectadas al enfrentarse al aumento de temperatura, respecto especies sedentarias que afrontan un mayor rango de temperaturas ambientales.

Por otro lado, hemos de tener en cuenta cuándo se produce el aumento de temperatura ambiental. Si ocurre en verano, seguramente los individuos estarán expuestos a temperaturas ambientales que superen el límite superior de su zona termoneutral o a temperaturas superiores, por lo que tendrán de gastar energía para mantener temperaturas corporales favorables o aumentarán su temperatura corporal (hipertermia facultativa).

El incremento de temperatura ambiental no solo será gradual, sino que se producirá un aumento en la frecuencia de olas de calor y de sequías. De hecho, se han ido registrando episodios de mortalidad masiva de pájaros en distintas ocasiones a lo largo del siglo pasado, pero el número de estos ha aumentado en la última década. Esto puede dar lugar a una selección natural de determinadas especies, géneros y/o edades, pudiendo afectar a la demografía de las poblaciones de aves.

No obstante, en el estudio comentado de Khaliq, trabajaron con distintas especies de pájaros y pudieron observar que el aumento de temperatura (Fig. 5) entraba dentro de la zona termoneutral de estas, por lo que un incremento gradual de temperatura podría ser soportado por varios grupos de aves.

6
Fig. 5 Predicción del aumento de temperatura en las diferentes zonas del planeta (Imagen realizada por Robert A. Rohde CC 3.0)

Finalmente, y como ya sabéis, el cambio climático puede afectar de forma indirecta a este grupo de interés, afectando a la distribución de especies invasoras, a la incidencia de parásitos o aumentando la competición por el alimento.


Com ja sabem, en els últims anys ha anat augmentant la temperatura ambiental. Aquest increment segueix en procés, pel que en l’actualitat, un dels majors camps d’investigació radica en conèixer l’impacte del canvi climàtic.

En aquest cas, ens centrarem en les conseqüències que pot tenir el canvi climàtic sobre els endoterms i en concret, sobre les aus.

Actualment sabem que la distribució de les espècies ve determinada per les condicions ambientals junt amb les característiques fisiològiques dels individus. De tal manera, que si coneixem la relació entre aquests dos factors, l’ambient i la fisiologia, podem predir es impactes potencials del canvi climàtic. Una de les condicions ambientals que pot afectar a la distribució de les espècies i a la seva eficàcia biològica (capacitat d’un individu per sobreviure i que els seus gens ens transfereixin a la següent generació) és la temperatura.

Els individus i les espècies creixen i es desenvolupen en uns ambients on hi ha unes determinades condicions ambientals. Per això, s’espera que aquells individus que tinguin un major rang de distribució i que per tant, estiguin exposats a una gran variabilitat de temperatures, presentin una major tolerància termal i així doncs, puguin veure’s menys afectats pel canvi climàtic.

Ara ens podríem preguntar… Com podem saber si una espècie té major o menor tolerància termal? Si fem memòria, fa unes setmanes us vaig parlar del que es coneix com zona termoneutral (Fig. 1), us deixo l’enllaç per si voleu fer un cop d’ull (link). La zona termoneutral és el rang de temperatures on l’organisme gasta la mínima energia i que per tant, és el rang de temperatures on no pateixen estrès tèrmic. Aleshores, quan major sigui el rang de la zona termoneutral, major tolerància termal s’espera que tingui l’individu.

2
Fig. 1 Podem veure l’extensió de la zona termoneutral que es troba entre LCT (límit de baixa temperatura) i UCT (límit d’alta temperatura). Quan la temperatura és inferior a la del límit LCT, és quan els ocells tremolen i quan és superior  a la del UCT, és quan han de perdre calor (pèrdua d’aigua per evaporació). (Imatge obtinguda de studyblue.com)

Un estudi publicat l’any 2014 realitzat per l’equip de Khaliq, va establir que les aus que viuen en zones tropicals es veuran més afectades respecte les que viuen en zones polars o temperades. Per què? Les espècies que viuen en zones tropicals estan més a prop del límit superior de la zona termoneutral (UCT), en altres paraules, tenen poc marge per poder fer front a temperatures encara més càlides, el que pot suposar un repte de supervivència a llarg termini. A més, s’espera que l’augment de temperatura en les zones tropicals vagi acompanyat d’una disminució en les precipitacions. De tal manera, que els individus tindrien menys aigua disponible per poder compensar l’estrès tèrmic.

Com les aus poden fer front a temperatures elevades? Les aus poden gastar energia per mantenir una temperatura corporal favorable, el que suposa alhora, una despesa d’aigua i per això, és tan important. D’altra banda, poden augmentar la seva temperatura corporal per disminuir la diferència de temperatura entre l’ambient i el seu cos, això és el que es coneix com hipertèrmia facultativa. Hi ha estudis on es demostra que les aus poden mantenir temperatures corporals entre els 41,1 i 45,8ºC per fer front a la calor. No obstant, no se sap quins són els límits crítics o l’efecte pot tenir sobre el rendiment de l’organisme un augment elevat de temperatura. Un treball portat a terme per Dawson al 1954 amb un ocell anomenat rascador (Pipilo spp.) (Fig. 2) van veure que perdien la capacitat per realitzar moviments coordinats quan la temperatura corporal era major de 45ºC i que morien, quan assolien els 47ºC.

3
Fig. 2 “Rascador maculoso” (Pipilo maculatus) (Imatge propietat de Brendan Lally CC 2.0 a Flickr)

D’altra banda, la capacitat per tolerar temperatures elevades ambientals varia en funció de l’espècie. En el mateix estudi, van trobar que els rascadors patien hipertèrmia mortal quan la temperatura ambiental era d’entre 39 i 43ºC, mentre que l’equip de Tieleman al 2002 estableix que els individus d’hubara africana (Chlamydotis undulata) (Fig. 3) són capaces de mantenir una temperatura corporal menor a 42,5ºC tot i quan la temperatura ambiental és de 50-55ºC.

4
Fig. 3 Hubara africana (Chlamydotis undulata) (Imatge propietat de Frank Vassen CC 2.0)

Altra de les diferències que podem trobar radica en el comportament. Les espècies tenen diferents respostes comportamentals a les altes temperatures, per exemple els adults del grup caradriformes (Fig. 4. A) comparteixen la incubació. Quan fa més calor es relleven amb més freqüència lo que els permet que es puguin hidratar i remullar varies vegades al dia. Això va ser presentat per Grant al 1982 i va comparar aquest grup amb el de femelles d’enganyapastors de doble collar (Chordeiles acutipennis) (Fig. 4. B). Aquestes incuben al llarg del dia sense deixar el niu per beure o remullar-se, inclús quan el clima és extrem, el que suggereix que tenen major tolerància a les altes temperatures i a la deshidratació que els caradriformes.

Una curiositat és que les espècies migratòries o nòmades eviten les condicions ambientals desfavorables pel que esperem que aquestes espècies puguin veure’s més afectades a l’enfrontar-se a l’augment de temperatura, respecte espècies sedentàries que afronten un major rang de temperatures ambientals.

D’altra banda, hem de tenir en compte quan es produeix un augment de temperatura ambiental. Si succeeix a l’estiu, segurament els individus estaran exposats a temperatures ambientals que superin el límit superior de la seva zona termoneutral o a temperatures superiors, pel que hauran de gastar energia per mantenir temperatures corporals favorables o augmentaràn la seva temperatura corpral (hipertèrmia facultativa).

L’increment de temperatura ambiental no només serà gradual, sinó que es produirà un augment en la freqüència d’onades de calor i sequeres. De fet, s’han anat enregistrant episodis de mortalitat massiva d’ocells en diferents ocasions al llarg del segle passat, però l’augment d’aquests ha augmentat a l’última dècada. Això pot donar lloc a una selecció natural de determinades espècies, gèneres i/o edats, podent afectar a la demografia de les poblacions d’aus.

No obstant, en l’estudi comentat de Khaliq, van treballar amb diferents espècies d’ocells i van poden observar que l’increment de temperatura (Fig. 5) entrava dins de la zona termoneutral d’aquestes, pel que un augment gradual de temperatura podria ser suportat per varis grups d’aus.

6
Fig. 5 Predicció de l’augment de temperatura a diferents zones del planeta (Imatge realitzada per Robert A. Rohde CC 3.0)

Finalment, i com ja sabeu, el canvi climàtic pot afectar de forma indirecta a aquest grup d’interès, afectant a la distribució d’espècies invasores, a la incidència de paràsits o augmentant la competició per l’aliment.

Bibliography

  • Boyles, J. G., Seebacher, F., Smit, B. And McKechnie, A. 2006. Adaptative thermoregulation in endotherms may alter responses to climate change. Integrative and Comparative Biology, Vol. 51 5:676-690
  • Grant, G. S. 1982. Avian incubation: egg temperatura, nest humidity, and behavioural thermoregulation in a hot environment. Ornithol. Monogr. 30: 1-100
  • Khaliq, I., Hof, C., Prinzinger, R., Böhning-Gaese, K. And Pfenninger, M. 2014. Global variation in thermal tolerances and vulnerability of endotherms to climate change. Proc. R. Soc. B. 281: 0141097 (link)
  • Tieleman, B. I., Williams, J. B., LaCroix, F. and Paillat, P. 2002. Physiological responses of Houbara bustards to high ambient temperatures. J Exp Biol 205: 503-11.

The Adélie penguin in Antarctica, a dramatic situation

(Text in three languages, in order of appearance: English, Spanish and Catalan)

The Adélie penguin (Pygoscelis adeliae) (Fig. 1) is a species of penguin that live in Antarctica (Fig. 2). This species highly depends of the ice cap that is formed in his habitat, because this affects its reproduction and feeding.

Pygoscelis_adeliae
Fig. 1 Adélie penguin (Pygoscelis adeliae) with two chicks (Public domain image).
Antartida
Fig. 2 Antarctican (Public domain image).

Throughout the Antarctic continent we find different populations of Adélie penguin. As the population located in Petrel Island (Fig. 3). This population has been monitored since 50s of the last century and a decrease of the reproductive success, of the individuals that compose it, has been observed. Unfortunately, this decrease in the reproductive success has also occurred in other populations of the same continent, but the causes vary according to the area of study or what is the same, according to the population of penguins.

 

Petrel island + Antarctica google maps
Fig. 3 Location of Petrel Island in the Antarctic continent (Image obtained from Google Maps).

In the year 2013 the ice formation increased, so it increased its extension around the continent. In fact, the winter and autumn months were the coldest since 1956. On the other hand, the summer and spring months were warmer than usual. However, that year not only the temperature was different, so was the wind. The breeding season of the species (begins in October) usually coincides with high intensity winds, called catabatic winds, which allow separating the ice sheets that form around the coast, thereby creating an access to the open sea. However, in 2013 the wind blew with very little force, allowing the ice sheets to remain on the coast.

What were the consequences? As the ice remained attached to the coast, the ice extension that penguins of the population had to overcome to access the food was greater and this, caused an increase energy expenditure and highly impeded their feeding, both in the adult individuals and in the chicks. For this reason, the younger individuals could not be fed correctly.

To this is added the increase in temperatures that occurred in summer and spring. This increase in temperature was accompanied by rains, something very unusual in Antarctica (because it is a cold and dry desert), and melting. The chicks are covered by a very little waterproof plumage (Fig. 4). In such a way, due to the rain and the unusual increase of temperature, the thermoregulation of these individuals was strongly affected, causing many of them to die.

Afternoon_landing_(-5)_on_Gourdin_Island_just_of_the_N_tip_of_the_Antarctic_Peninsula_-_more_Aselie_Penguins_(Pygoscelis_adeliae)_nesting_with_young_-_(25906042651)
Fig. 4 Adult with two chicks where we can compare the plumage of the individuals (Image property of Murray Foubister CC 2.0).

Sadly, at the end of 2017 there was a new episode of high mortality of Adélie penguins in Antarctica, surviving only two chicks of a colony of about 40 thousand individuals, the rest of them died of starvation due, again, to the spread of ice (link).

The scientist Yan Ropert-Coudert, leader of the research group that carried out this study in 2013 and that is also part of the most important research institution in France, the National Center for Scientific Research (CNRS). It exposes the relevance of a collision that occurred in 2010 between a huge block of ice, the B-9B, which collided with the Mertz glacier (East Antarctica) (Fig. 5). Upon colliding with the glacier, a giant iceberg, of the size of Luxembourg, was formed, which moves alongside the B-9B, constituting a large and unique mass of drifting ice. This event, scientists stand out, can affect the global ocean circulation and consequently, the living beings of the same Antarctic.

glacier Mertz
Fig. 5 Image of the Mertz glacier and the fallen block of this one by the collision of the iceberg B-9B (Image of public domain).

El pingüino Adelia (Pygoscelis adeliae) es una especie de pingüino que vive en la Antártida. Dicha especie depende enormemente de la capa de hielo que se forma en su hábitat, pues este afecta tanto a su reproducción como a su alimentación.

Pygoscelis_adeliae
Fig. 1 Pingüino Adelia (Pygoscelis adeliae) con dos polluelos (Imagen de dominio público).
Antartida
Fig. 2 Antártida (Imagen de dominio público).

A lo largo del continente Antártico encontramos diferentes poblaciones de pingüino Adelia. Entre ellas la población localizada en Petrel Island. Esta población está siendo monitorizada desde los años 50 del pasado siglo y se ha observado un descenso en el éxito reproductivo de los individuos que la componen. Lamentablemente, esta debacle en el éxito reproductivo también se ha dado en otras poblaciones del mismo continente, pero las causas varían según la zona de estudio o lo que es lo mismo, según la población.

Petrel island + Antarctica google maps
Fig. 3 Localización de Petrel Island en el continente Antártico (Imagen obtenida de Google maps).

En el año 2013 aumentó la formación de hielo, por lo que incrementó su extensión alrededor del continente. De hecho, los meses de invierno y otoño fueron los más fríos desde 1956. Por otro lado, los meses de verano y primavera fueron más cálidos de lo habitual. No obstante, ese año no solo la temperatura fue distinta, también lo fue el viento. La época de reproducción de la especie (empieza en octubre) suele coincidir con unos vientos de gran intensidad, los llamados vientos catabáticos, que permiten separar las placas de hielo que se forman alrededor de la costa, de esta, creando por tanto, un acceso a mar abierto. Sin embargo, en el 2013 el viento sopló con muy poca fuerza, permitiendo que las placas de hielo quedaran en la costa.

¿Cuáles fueron las consecuencias? Como el hielo permaneció unido a la costa, la extensión de hielo que tenían que recorrer los pingüinos de la colonia para acceder al alimento fue mayor y esto, provocó un mayor gasto energético y dificultó enormemente su alimentación, tanto en los individuos adultos como en los polluelos. Por ello, los individuos más jóvenes no pudieron ser alimentados correctamente.

A esto se le suma el aumento de temperaturas que se produjo en verano y primavera. Este incremento de la temperatura vino acompañado por lluvias, algo muy inusual en la Antártida, pues es un desierto frío y seco, y por deshielo. Los polluelos están cubiertos por un plumaje muy poco impermeable (Fig. 4). De tal forma, que debido a la lluvia y al aumento inusual de temperatura, la termorregulación de estos individuos se vio fuertemente afectada, produciendo que muchos de ellos murieran.

Afternoon_landing_(-5)_on_Gourdin_Island_just_of_the_N_tip_of_the_Antarctic_Peninsula_-_more_Aselie_Penguins_(Pygoscelis_adeliae)_nesting_with_young_-_(25906042651)
Fig. 4 Adulto con dos polluelos donde podemos comparar el plumaje de los individuos (Imagen propiedad de Murray Foubister CC 2.0)

Tristemente, a finales del 2017 se produjo un nuevo episodio de gran mortalidad de pingüinos de Adelia en la Antártida, sobreviviendo solo dos polluelos de una colonia de unos 40 mil individuos, el resto murió de inanición debido, de nuevo, a la extensión del hielo (link).

El científico Yan Ropert-Coudert, líder del grupo de investigación que llevó a cabo dicho estudio en 2013 y que además, forma parte de la institución de investigación más importante en Francia, el Centro Nacional para la Investigación Científica (CNRS). Expone la relevancia de un choque que se produjo en el 2010 entre un enorme bloque de hielo, el B-9B, que colisionó con el glaciar Mertz (Antártida oriental) (Fig. 5). Al chocar con el glaciar se generó un iceberg gigante (del tamaño de Luxemburgo) que se desplaza junto al B-9B constituyendo una gran y única masa de hielo a la deriva. Este suceso, destacan los científicos, puede afectar a la circulación oceánica global y en consecuencia, a los seres vivos de la misma Antártida.

glacier Mertz
Fig. 5 Imagen del glaciar Mertz y del bloque caído de este por el choque del iceberg B-9B (Imagen de dominio público).

El pingüí d’Adèlia (Pygoscelis adeliae) (Fig. 1) és una espècie de pingüí que viu a l’Antàrtica (Fig. 2). Dita espècie depèn enormement de la capa de gel que es forma en el seu hàbitat, doncs, aquest afecta tant a la reproducció com a l’alimentació.

Pygoscelis_adeliae
Fig. 1 Pingüí d’Adèlia (Pygoscelis adeliae) amb dos pollets (Imatge de domini públic).
Antartida
Fig. 2 Antàrtica (Imagen de dominio público).

Al llarg del continent Antàrtic trobem diferents poblacions de pingüí d’Adèlia. Entre d’elles la població localitzada a Petrel Island. Aquesta població està sent monitoritzada des dels anys 50 del segle passat i s’ha observat un descens en l’èxit reproductiu dels individus que la composen. Lamentablement, aquesta disminució en l’èxit reproductiu també s’ha donat en altres poblacions del mateix continent, però les causes varien segons la zona d’estudi, o el que és el mateix, segons la població.

Petrel island + Antarctica google maps
Fig. 3 Localització de Petrel Island al continent Antàrtic (Imatge obtinguda de Google maps).

A l’any 2013 va augmentar la formació de gel, per lo que va incrementar la seva extensió al voltant del continent. De fet, els mesos d’hivern i tardor van ser els més freds des de 1956. D’altra banda, els mesos d’estiu i primavera van ser més càlids de l’habitual. No obstant, aquest any no només la temperatura va ser diferent, també ho va ser el vent. L’època de reproducció de l’espècie (comença a l’octubre) acostuma a coincidir amb vents de gran intensitat, els anomenats vents catabàtics, que permeten separar les plaques de gel que es formen a la costa, creant per tant, un accés a mar obert. Malauradament, al 2013 el vent va bufar amb molt poca força, permetent que les plaques de gel quedessin a la costa.

¿Quines van ser les conseqüències? Com el gel va romandre unit a la costa, l’extensió de gel que havien de recórrer els pingüins de la colònia per accedir a l’aliment va ser major i això, va provocar més gast energètic i va dificultar enormement la seva alimentació, tant en els individus adults com en els joves. Així doncs, els individus més joves no van poder ser alimentats correctament.

A això se li suma l’augment de temperatures que es va produir a l’estiu i primavera. Aquest increment de la temperatura va venir acompanyat de pluges, cosa molt inusual a l’Antàrtica, doncs és un desert fred i sec, i pel desgel. Els pollets estan coberts per un plomatge molt poc impermeable (Fig. 4). De tal manera, que degut a la pluja i l’augment de temperatura, la termoregulació d’aquests individus es va veure fortament afectada, provocant que molts d’ells morissin.

Afternoon_landing_(-5)_on_Gourdin_Island_just_of_the_N_tip_of_the_Antarctic_Peninsula_-_more_Aselie_Penguins_(Pygoscelis_adeliae)_nesting_with_young_-_(25906042651)
Fig. 4 Adult amb dos pollets on podem comparar el plomatge dels individus (Imatge propietat de Murray Foubister CC 2.0).

Tristament, a finals del 2017 es va produir un nou episodi de gran mortalitat de pingüins d’Adèlia a l’Antàrtica, sobrevivint només dos pollets d’una colònia d’uns 40 mil individus, la resta va morir d’inanició degut, de nou a l’extensió del gel (link).

El científic Yan Ropert-Coudert, líder del grup d’investigació que va portar a terme dit estudi al 2013 i que a més, forma part de la institució d’investigació més important a França, el Centre Nacional per la Investigació Científica (CNRS). Exposa la rellevància d’un xoc que es va produir al 2010 entre un enorme bloc de gel, el B-9B, que va col·lisionar amb la glacera Mertz (Antàrtica oriental) (Fig. 5). Al xocar amb la glacera es va generar un iceberg gegant (de la mida de Luxemburg) que es va desplaçar junt amb el B-9B constituint una gran i única massa de gel a la deriva. Aquest succés, destaquen els científics, pot afectar a la circulació oceànica global i en conseqüència, als éssers vius de la mateixa Antàrtica.

glacier Mertz
Fig. 5 Imatge de la glacera Mertz i del bloc caigut d’aquest pel xoc de l’iceberg B-9B (Imatge de domini públic).

BIBLIOGRAPHY

Papers

  • Ropert-Coudert, Y., Kato, A., Meyer, X., Pellé, M., MacIntosh, A. J. J., Angelier, F., Chastel, O., Widmann, M., Arthur, B., Raymond, B. And Raclot, Thierry. 2015. A complete breeding failure in an Adélie penguin colony correlates with unusual and extreme environmental events. Ecography 38: 111-113.

Webs