Биомеханика гавайской цветочницы подчеркивает специализированную эволюцию и угрозу вымирания

HONOLULU — Новое внимание ученых к одной из самых анатомически специализированных птиц в мире позволило подробно описать, как 'akiapōlā'au — находящаяся на грани исчезновения гавайская цветочница, эндемик острова Hawaii, — полагается на асимметричную морфологию клюва, усиленные суставы скелета и рычаг всего тела для добычи личинок насекомых-древоточцев. Согласно репортажу Anastasia Scott, этот вид использует контрастирующие структуры верхней и нижней челюстей в тандеме с необычайно мощной анатомией нижних конечностей, направляя все тело вперед движениями, подобными ударам топора, чтобы пробить кору местных деревьев, прежде чем извлечь добычу. Этот анализ подчеркивает эволюционное чудо, сформировавшееся за миллионы лет географической изоляции, даже несмотря на то, что птица сталкивается со стремительно усугубляющимся кризисом вымирания, вызванным утратой среды обитания, инвазивными хищниками и продвижением птичьих болезней, вызванных климатическими изменениями, вверх по склонам на Гавайском архипелаге.

## Key facts

- 'akiapōlā'au (*Hemignathus wilsoni*) обладает радикальным гетеробиллическим строением клюва с короткой, прямой, долотообразной нижней челюстью и длинной, загнутой вниз верхней челюстью. - Добыча пищи требует от птицы вращения всем телом наподобие топора, при этом она долбит древесину нижней челюстью, удерживая хрупкий верхний клюв вдали от места удара. - Необычайно мощные суставы ног и голеней обеспечивают механическую стабилизацию, необходимую для поглощения и нанесения повторяющихся ударных нагрузок по стволам твердолиственных деревьев. - Вид классифицирован как находящийся на грани полного исчезновения в International Union for Conservation of Nature Red List и защищен на федеральном уровне в соответствии с U.S. Endangered Species Act. - Популяции местных гавайских цветочниц в Hawaii стремительно сократились из-за птичьей малярии, переносимой инвазивными комарами, которые распространяются в высокогорные лесные убежища.

## What happened

Анатомическая и поведенческая оценка, о которой сообщила Anastasia Scott, привлекла новое внимание ученых и общественности к механике добычи пищи 'akiapōlā'au. В отличие от типичных дятлов, обладающих симметрично укрепленными прямыми клювами и амортизирующей структурой черепа для долбления древесины, линия гавайских цветочниц эволюционировала в изолированной островной экосистеме, полностью лишенной семейства Picidae. Чтобы занять экологическую нишу, оставшуюся свободной из-за отсутствия дятлов, предковые виды гавайских цветочниц прошли через масштабную адаптивную радиацию, результатом которой стал уникальный клюв двойного назначения у 'akiapōlā'au.

Клюв птицы функционирует за счет четкого функционального разделения. Нижняя челюсть крепкая, прямая и сильно оссифицированная, примерно вдвое короче верхней челюсти. Верхняя же часть клюва, напротив, удлиненная, тонкая и загнута вниз, как серп. Во время кормления птица слегка приоткрывает клюв, чтобы хрупкий кончик верхней челюсти не касался субстрата. Затем она закрепляется на стволах деревьев — чаще всего местных koa (*Acacia koa*) и 'ōhi'a lehua (*Metrosideros polymorpha*) — используя утолщенное, мускулистое строение нижних конечностей.

Используя свои мощные голени и ноги в качестве механической точки опоры, птица с заметным импульсом раскачивает верхнюю часть туловища и голову вперед. Нижняя челюсть многократно ударяет по коре, откалывая внешние слои и обнажая ходы, проделанные личинками жуков-усачей (cerambycid) и другими древесными беспозвоночными. Как только древесные волокна расщеплены, птица вводит свою гибкую, загнутую книзу верхнюю челюсть в расщелину, используя ее как зонд или щипцы, чтобы наколоть и извлечь личинок насекомых. Это сочетание ударной силы и микроизвлечения представляет собой одну из самых экстремальных функциональных специализаций, задокументированных среди воробьинообразных птиц.

## Why it matters

Биомеханическая сложность 'akiapōlā'au — это не просто эволюционный курьез; она подчеркивает уязвимость островных экосистем, где виды обладают экстремальной специализацией, не оставляющей запаса прочности при экологических потрясениях. Когда организм подчиняет всю свою физиологию единственной стратегии добычи пропитания, адаптированной к конкретным старовозрастным деревьям и сообществам насекомых, он не может легко переключиться на альтернативные источники пищи при деградации или фрагментации этих лесов. Птица служит ключевым индикатором здоровья лесного полога в наветренных и субальпийских зонах на Hawaii Island, особенно в высокогорных природных резерватах, таких как Hakalau Forest National Wildlife Refuge.

Более того, этот вид демонстрирует, насколько высоки ставки в деле сохранения современных птиц Океании. Hawaii часто называют мировой столицей вымирания птиц. Когда-то архипелаг населяли более 50 различных видов гавайских цветочниц, произошедших от одного предкового вида вьюрковых, попавшего сюда около пяти миллионов лет назад. Сегодня осталось менее 20 видов, и более половины из них балансируют на грани биологического исчезновения. Утрата 'akiapōlā'au приведет к уничтожению миллионов лет специализированной генетической адаптации и навсегда ликвидирует незаменимую экологическую роль по регулированию популяций местных насекомых-древоточцев в горных лесных массивах.

## The background

Чтобы понять уязвимое положение 'akiapōlā'au, необходимо рассмотреть каскадное экологическое нарушение, начавшееся после заселения островов людьми и ускорившееся после прибытия европейцев в конце XVIII века. В 1826 году южный домашний комар (*Culex quinquefasciatus*) был случайно завезен на Hawaiian Islands с балластными водами торгового судна *Wellington* в Lahaina, Maui. Этот комар стал эффективным переносчиком птичьей малярии (*Plasmodium relictum*) и оспы птиц (*Poxvirus avium*). Местные гавайские цветочницы, эволюционировавшие в географической изоляции без исторического контакта с этими патогенами, практически не имеют естественного иммунитета. Одиночный укус инфицированного комара влечет за собой смертность, превышающую 90 процентов для многих видов цветочниц.

Более столетия оставшиеся популяции находили убежище на высотах более 1 500 метров (примерно 5 000 футов) на таких вулканах, как Mauna Kea и Mauna Loa. На этих больших высотах низкие температуры окружающей среды исторически препятствовали размножению как комара-переносчика, так и малярийного паразита. Однако повышение средних температур, вызванное глобальным изменением климата, разрушило этот температурный барьер. Потепление позволяет комарам выживать и основывать гнездовые колонии выше по склонам гор, вторгаясь непосредственно в последние свободные от болезней убежища, где еще сохраняются такие виды, как 'akiapōlā'au, 'akikiki и kiwikiu.

Эту эпидемиологическую ситуацию усугубляет историческая вырубка лесов. Обширные массивы низменных и среднегорных лесов koa и 'ōhi'a в XIX и XX веках были превращены в пастбища для скота и сельскохозяйственные угодья. Неместные копытные, такие как одичавшие свиньи, козы и овцы, уничтожили подлесок и способствовали образованию застойных луж в выдолбленных древовидных папоротниках, создав искусственные места для размножения комаров. Инвазивные хищные млекопитающие, включая черных крыс (*Rattus rattus*) и малых мангустов (*Urva auropunctata*), дополнительно сократили численность птиц, разоряя гнезда с яйцами и нападая на насиживающих самок.

Федеральная охрана в рамках Endangered Species Act была законодательно закреплена за 'akiapōlā'au в 1967 году, а U.S. Fish and Wildlife Service совместно с Hawaii Department of Land and Natural Resources разработали планы по восстановлению вида. Эти инициативы были сосредоточены на ограждении территорий от копытных, восстановлении коридоров естественных лесов и высадке сотен тысяч саженцев koa. Несмотря на эти масштабные усилия по управлению средой обитания, общие оценки численности дикой популяции 'akiapōlā'au остаются низкими — зачастую в пределах нескольких сотен или пары тысяч особей, плотно сконцентрированных в изолированных очагах на восточных и юго-западных склонах Hawaii Island.

## Reaction

Хотя первоначальный материал Anastasia Scott был посвящен функциональной морфологии и физической механике кормодобывающего поведения птицы, полученные выводы прозвучали на фоне острых текущих дискуссий о природоохранной политике среди биологов дикой природы, представителей коренных культурных практик и федеральных ведомств. В Hawaii руководители природоохранных ведомств штата и консорциумы по охране природы неоднократно подчеркивали, что документирование уникальных особенностей цветочниц наглядно показывает, что именно может быть безвозвратно утрачено без немедленного вмешательства на уровне целых ландшафтов.

Федеральные органы и службы штата, включая U.S. Geological Survey и межведомственную инициативу Birds, Not Mosquitoes, все чаще обращают внимание на современные методы борьбы с переносчиками болезней, вместо того чтобы полагаться исключительно на традиционное восстановление среды обитания. Специалисты по охране дикой природы утверждают, что без агрессивного подавления популяций комаров детальное научное изучение физиологии этих птиц превратится лишь в протоколирование пути вида к вымиранию. Природоохранные группы продолжают выступать перед комитетами легислатуры штата и федеральными надзорными органами, добиваясь сохранения стабильных каналов долгосрочного финансирования программ экстренного спасения птиц.

## What we don't know yet

Остаются значительные пробелы относительно точной динамики дикой популяции и репродуктивных пределов 'akiapōlā'au в пределах сохранившихся фрагментированных ареалов. В отличие от некоторых более многочисленных лесных птиц, 'akiapōlā'au демонстрирует исключительно низкий уровень воспроизводства. Самки обычно откладывают лишь одно яйцо в кладке, а потомство остается зависимым от родительской заботы на срок до одного года, медленно осваивая сложные моторные навыки, необходимые для использования асимметричного клюва. До сих пор неясно, способны ли молодые птицы овладеть этой сложной техникой питания в деградировавших или измененных лесных сообществах, где видовой состав деревьев отличается от исторических старовозрастных лесов.

Кроме того, по-прежнему отсутствуют исчерпывающие эмпирические данные о том, может ли естественным путем возникнуть слабая генетическая устойчивость к птичьей малярии до того, как изменение климата окончательно уничтожит высокогорные температурные убежища. Ученым также неизвестно, сможет ли этот вид успешно размножаться и поддерживать свои поведенческие модели добычи пищи в рамках протоколов разведения в неволе. Прошлые попытки содержать и разводить других узкоспециализированных насекомоядных гавайских цветочниц в неволе сталкивались с серьезными трудностями, связанными с питанием, поведением и болезнями, поэтому остается неясным, станет ли резервное разведение в неволе надежным спасательным кругом в случае коллапса диких популяций.

## What to watch

Ключевые события в ближайшей перспективе будут сосредоточены вокруг расширения биологического контроля над переносчиками болезней в лесных заповедниках Hawaii. Органы штата и федеральные ведомства в настоящее время внедряют метод Incompatible Insect Technique (IIT), который предполагает выпуск самцов комаров *Culex quinquefasciatus*, являющихся носителями ненативного штамма встречающейся в природе бактерии *Wolbachia*. Когда эти самцы спариваются с дикими самками, отложенные яйца не развиваются, что снижает общую численность переносчиков без применения синтетических химикатов или генетической модификации. Наблюдатели за дикой природой внимательно следят за отчетами о мониторинге популяций из восточной части Maui и с острова Kauai, чтобы определить, можно ли эффективно масштабировать выпуски по программе IIT на обширные высокогорные леса Hawaii Island, где обитает 'akiapōlā'au.

Наблюдателям также следует отслеживать результаты предстоящих двухгодичных учетов лесных птиц, публикуемые Hawaii Department of Land and Natural Resources и U.S. Fish and Wildlife Service, которые представят обновленные оценки численности популяций и карты ареалов. Наконец, распространение Rapid 'Ōhi'a Death — грибкового патогена (*Ceratocystis*), уничтожающего местные деревья верхнего яруса по всему Hawaii Island, — остается важнейшим фактором для мониторинга, поскольку любая масштабная гибель зрелых пологообразующих деревьев напрямую подорвет кормовую базу насекомых, от которой зависит 'akiapōlā'au.

В основу этого материала легли первичные репортажи о физических и механических характеристиках добычи пищи 'akiapōlā'au, опубликованные Anastasia Scott.