Пережив китобойный промысел, горбатые киты столкнулись с глобальным потеплением

Анализ сотен тысяч снимков, сделанных в основном фотографами-любителями, показал, что численность горбатых китов действительно быстро росла в первое десятилетие XXI века, но затем этот рост не просто замедлился, а пошел вспять. В период с 2012 по 2021 год популяция горбачей в северной части Тихого океана сократилась на 20% (с более чем 33 тысяч до менее чем 27 тысяч). Ученые считают, что основным фактором стали климатические аномалии — в частности, существовавшая в 2013–2016 годах в том регионе огромная область теплой воды, из-за которой кормовая база китов (а также других морских млекопитающих и птиц) значительно сократилась.

История варварского истребления китов во времена коммерческого китобойного промысла однажды чуть не поставила горбатых китов на грань исчезновения, но они выжили. В 1990-х и начале 2000-х годов выходило множество статей, сообщавших о том, как растет численность горбатых китов в разных районах мирового океана (см., например, J. Barlow et al., 2011. Humpback whale abundance in the North Pacific estimated by photographic capture-recapture with bias correction from simulation studies). По сравнению с другими крупными китами, темпы рождаемости у горбачей более быстрые, а стратегии использования ресурсов более эффективные благодаря широкой кормовой базе. Оптимистичные сведения о быстром восстановлении численности их популяций заставили многие природоохранные организации начать снижать их охранные статусы. Однако отдельные оценки численности для разных районов не позволяют отследить темпы роста популяции в целом: киты мигрируют, картина их миграционных перемещений сложна, поэтому подсчеты их численности в отдельных географических точках не дают полной картины.

Горбачи распространены по всему Мировому океану, но не перемещаются по нему свободно. Материки и линия экватора разделяют общий ареал горбатого кита на три части — североатлантический бассейн, северотихоокеанский бассейн и бассейн Южного океана. В каждом из них (за исключением Аравийского моря, где обитает единственная немигрирующая популяция) киты мигрируют между несколькими отдельными районами высоких широт, где они кормятся летом, и местами размножения в тропических и субтропических водах, где они проводят зиму. Каждый кит как правило посещает одни и те же районы, но четких границ между ними как правило не существует. Горбачи из одного района размножения расходятся в несколько нагульных районов, где перемешиваются с китами, пришедшими из других районов размножения.

Карта встреч и перемещений индивидуально опознаваемых горбатых китов всего мирового океана. Изображение с сайта happywhale.com

Такая запутанная картина миграционных маршрутов представляет большую проблему для оценки численности популяций, так как сложно четко структурировать географические единицы, для которых делается расчет.

А как вообще посчитать китов? Сесть на пароход и пойти бороздить просторы? Да, вы смогли бы посчитать тех китов, которые, следуя по своим делам, попали в поле вашего зрения, но к какой части моря их отнести? Только к нитке маршрута? Чтобы получить более-менее репрезентативную численность, судовые учеты должны покрывать относительно небольшой регион густой сетью линий учета — трансектами.

Задача посчитать животных часто встает перед практически всеми зоологами. При этом обычно объекты исследований не пасутся как на ладони на одном большом поле, а сидят в норах, порхают по кустам или лишь иногда показываются на поверхности воды. Для таких ситуаций уже давно изобрели хитрый метод подсчета по меткам (mark-recapture или capture-recapture). Если животных можно поймать, пометить и отпустить, а затем через некоторое время в том же месте отловить снова, то можно посчитать, сколько попалось помеченных ранее животных, а сколько новых. Так можно прикинуть, насколько общая численность животных в изучаемом месте больше, чем то количество, которое удалось пометить. Если при втором отлове помеченных животных сильно меньше, чем новых, то размер популяции гораздо больше числа помеченных особей. Если почти все пойманные уже с метками, то это означает, что вся популяция уже помечена. Сейчас получаемые таким образом оценки численности популяций используют как параметры популяционных моделей, способных учитывать перемещение животных в соседние области, оценивать рождаемость, смертность и другие демографические показатели.

Китов, правда, отловить и пометить проблематично. Да, их можно метить дистанционно, например, стреляя им в спину дротиками со спутниковыми передатчиками, но это дорого и трудозатратно, а потому имеет смысл только в небольших количествах для сбора данных о точных перемещениях отдельных особей. Для идентификации большого количества китов этот способ не подходит. Но это и не нужно, ведь каждый кит и так, как правило, несет на себе набор уникальных отметин: у горбачей на нижней поверхности хвоста есть индивидуальный и неизменный на протяжении всей жизни кита рисунок из белых пятен, шрамов и царапин.

Кит Старый пионер на двух снимках с разницей в 11 лет

На отслеживании и фиксации таких отметин основан самый главный метод изучения китов — фотоидентификация: выходи в море, фотографируй, записывай какие киты и где когда присутствовали, и вперед — строй модели для расчета численности. Но как посчитать всех китов во всем океане? Каждая экспедиция — дело непростое, аренда судна — удовольствие дорогое, места наблюдений часто труднодоступны. Обычно исследования организуются в небольшом районе, либо это дальний рейс, результаты которого сложно объединить с другими работами. Выход — найти такие данные, которые могут собирать все, и объединить их в большом совместном проекте.

Генетика? Надо знать с каких особей взяты пробы. Отслеживание кормового поведения? Тоже нужно понимать, каких конкретно животных прослеживали, чтобы не повторяться. Акустические наблюдения? То же самое — нужно представлять кто кому и что «сказал», иначе бессмысленно. А вот фотография может сработать, ведь все фотографируют китов — их фотографирует каждая научная группа, каким бы направлением исследований она ни занималась. Если предложить научным группам эффективный инструмент, который избавит их от многочасового ручного разбора фотографий, и если у любого желающего будет возможность получать больше информации о «своих» животных, их миграционных перемещениях, их поведении в других районах, их демографических статусах и возрасте, то это может послужить дополнительной мотивацией.

А уж с каким удовольствием горбачей фотографируют туристы. Если только убедить их фотографировать правильно, — чтобы были видны пятна и царапины на нижней стороне хвоста, — можно получать практически бесконечный поток информации — фото, дата, координаты. Вот практически и все, что нужно для формирования первичного банка данных. Именно такие размышления послужили основой для создания в 2015 году платформы happywhale.com, где фотографии хвостов горбачей быстро и качественно сравнивает нейросеть (T. Cheeseman et al., 2023. A collaborative and near-comprehensive North Pacific humpback whale photo-ID dataset). На этом сайте можно практически в реальном времени проверить, где бывал тот кит, которого вы видели на экскурсии, или, например, как давно наблюдается коллегами интересующий вас кит.

Теперь, после девяти лет сбора данных о встречах китов по всему миру, опираясь на опыт предшественников, сравнивавших фотографии из разных каталогов вручную (J. Calambokidis et al., 2008. SPLASH: Structure of populations, levels of abundance and status of humpback whales in the North Pacific), и включив в набор данных архивы предыдущих исследований, ученые смогли проследить за динамикой численности горбачей целой северной части Тихого океана на протяжении последних двадцати лет. Такие глобальные проекты сложны в организации данных и налаживании договоренностей между участниками. В обсуждаемой работе участвовало 48 научных групп и 4292 общественных объединения. Но они же позволяют избежать некоторых сложностей при построении моделей. Модели для расчета численностей строятся либо через сравнение разных лет наблюдений в одном районе, либо через сравнение перемещений китов между разными районами в один год. И в том, и в другом случае сложнее всего смоделировать вероятности, с которыми киты, для которых границ в океане не предусмотрено, перемещаются из района в район. Однако если в качестве района взяты сразу все возможные места летнего нагула, где киты могут как им угодно перемешиваться и все равно с примерно равной вероятностью попадать в объектив исследователей, и сразу все возможные районы зимовок в тропиках, в которые по умолчанию все киты уходят на зиму (хотя, известно, что иногда холостующие самки все-таки решают не напрягаться и зимуют в штормовых зимних водах средних широт), то можно строить более простые модели и рассматривать всю популяцию как закрытую. Ведь известно, что уж в другое-то полушарие киты северной части Тихого океана не сбегут.

Что же получилось?

Всего в исследовании было задействовано 30 484 индивидуально опознанных горбатых кита и обработано 192 869 встреч с ними. Общая оценка численности для всей северной части Тихого океана была рассчитана для каждого года по сравнению двух летних и одного зимнего сезона сбора данных. Оценка численности стартовала с 16 875 (±5955) особей в 2002 году, затем довольно быстро увеличивалась до 33 488 (±4455) особей в 2012 году и начала плавно снижаться до значения 26 662  особей (±4192) к 2021 году, провиснув в 2019 году даже сильнее.

Оценки численности горбатых китов в северной части Тихого океана. На вертикальной оси показана численность (число особей), по горизонтальной — годы расчета. На врезке приведены результаты моделирования численности с учетом ранних оценок после введения моратория на промысел. Рисунок из обсуждаемой статьи

При этом для двух районов зимовок, лучше всего представленных в данных, — побережья Мексики и Гавайских островов — авторы посчитали относительную численность и динамику отдельно. Оказалось, что в Мексике численность китов как нарастала, так и продолжила плавно увеличиваться на протяжении всего двадцатилетнего периода, а вот на Гавайских островах в 2012–2013 годах наблюдался ощутимый перелом, после которого произошло резкое снижение численности, которая так не начала увеличиваться после 2018 года.

Оценки численности горбаты китов в районе Гавайских островов (красный цвет) и материковой части Мексики (черный цвет). Рисунок из обсуждаемой статьи

В 2019–2022 годах вышло сразу несколько тревожных публикаций о снижении присутствия горбачей в местах многолетнего мониторинга — в проливе Ау-Ау у острова Мауи на Гавайях (R. Cartwright et al., 2019. Fluctuating reproductive rates in Hawaii’s humpback whales, Megaptera novaeangliae, reflect recent climate anomalies in the North Pacific) и в национальном парке Глейшер-Бей на Аляске, куда как раз основная масса гавайских китов ходит на кормежку (C. Gabriele et al., 2022. Sharp decline in humpback whale survival and reproductive success in southeastern Alaska during and after the 2014–2016 Northeast Pacific marine heatwave). При этом кроме уменьшения количества китов наблюдалось также снижение у них темпов рождаемости и отмечалось много истощенных животных, особенно среди самок, выкармливающих детенышей. И в той, и в другой работе авторы обнаруживали связь в снижении присутствия китов и изменении демографических характеристик их групп не столько с изменениями местных условий, сколько с более глобальными климатическими переменами.

Взаимодействие атмосферы и поверхности океана — это сложная система перераспределения тепла и влаги, где наблюдаются циклические и закономерные изменения. Для Тихого океана важнейшими являются два климатических цикла — Тихоокеанская декадная осцилляция (Pacific Decadal Oscillation, PDO) и цикл Эль-Ниньо (El Niño–Southern Oscillation, ENSO). Это естественные колебания ежемесячных отклонений температур поверхностного слоя воды и силы преобладающих течений с периодичностью от 5 до 50 лет. Длина и амплитуда циклов неодинакова, и они способны накладываться друг на друга, вызывая климатические аномалии. Так, из-за сочетания аномально теплой зимы 2013–2014 года и необычайно сильного явления Эль-Ниньо 2014–2015 годов в районе побережья Аляски сформировалась теплая водная масса, получившая в прессе название The Blob, которая остановила прибрежные апвеллинги, обычно обеспечивающие высокую продуктивность экосистем. Отсутствие апвеллингов — это остановка подъема из глубин холодной воды, богатой минеральными веществами, необходимыми для развития фитопланктона. Мало фитопланктона — не будет и активного размножения зоопланктона, а значит и пищи для криля и мелкой планктоноядной рыбы, а следовательно, и пищи для крупных рыб, морских птиц и млекопитающих, которые начинают активно конкурировать друг с другом за ресурсы.

С наличием аномально теплой водной массы связывают явления массовой смертности морских птиц вдоль восточного побережья Берингова моря, перераспределение многих видов рыб, признаки истощения в колониях калифорнийских морских львов, большое количество погибших серых китов, в 2015–2018 годы — как раз когда The Blob распространялся из залива Аляски до юга Калифорнии.

Среднемесячная температура поверхностного слоя воды в мае 2015 года на северо-востоке Тихого океана. Цветом показано отклонение от среднемноголетних температур. Рисунок с сайта earthdata.nasa.gov

В общих чертах связь продуктивности экосистемы и благополучия хищников верхнего трофического уровня очевидна, однако как в деталях такая связь осуществляется, выяснить непросто. В пищевой сети, в которую входят горбатые киты, множество компонентов, связанных между собой. Чтобы пища стала доступна китам, ее мало «произвести», ее еще нужно сконцентрировать в одном месте, а на это также влияет множество факторов — течения, температура, химический состав воды. Выяснение механизмов таких взаимодействий — это целая отдельная область исследований. По крайней мере, в контексте изучаемой проблемы имеется очень заметная температурная аномалия, самая длительная из всех наблюдавшихся, и происходящий одновременно с нею каскад экосистемных перестроек (перераспределение рыб, массовая смертность хищников), а также синхронное исчезновение горбачей в нескольких районах. Не известно, имеет ли здесь место такая же массовая смертность, как у серых китов. Возможно, горбачи просто переместились на кормежку в другие районы, где наблюдений за ними не ведется, а в места размножения просто не пришли, и холостовали где-то в неизвестном месте. Например, есть мнение, что они могут кормиться над подводными горными хребтами, удаленными от берегов (C. Garrigue et al., 2015. Satellite tracking reveals novel migratory patterns and the importance of seamounts for endangered South Pacific humpback whales). В пользу перераспределения говорит тот факт, что, например, в национальный парк Глейшер-Бей в 2020–2021 годах киты вернулись и это взрослые киты, в том числе знакомые исследователям по предыдущим наблюдениям. Но смертность также исключить нельзя. Возможно, из-за того, что горбачи все-таки обычно держатся дальше от берега, чем серые киты, выбросы погибших животных просто гораздо реже наблюдаются.

Авторы обсуждаемой статьи считают, что снижение численности популяции горбачей в северной части Тихого океана может быть временным, если океанологические условия в нагульных районах вернутся к многолетним средним. Также они отмечают, что такое резкое снижение темпов роста популяции, к тому же наиболее выраженное именно в районе формирования The Blob, происходит не из-за того, что популяция достигла некоторой стабильной емкости экологической ниши. Наоборот, это емкость ниши резко снизилась и остановила прирост популяции. В 2019 году в прессе писали о формировании в районе Британской Колумбии новой аномально теплой водной массы, которую прозвали Blob-2. По-видимому, в контексте потепления климата такие аномалии будут возникать и дальше, а будущее популяций горбатых китов может вновь оказаться под угрозой.

Источник: T. Cheeseman et al. Bellwethers of change: population modelling of North Pacific humpback whales from 2002 through 2021 reveals shift from recovery to climate response // Royal Society Open Science. 2024. DOI: 10.1098/rsos.231462.

Ольга Титова, Элементы.