Эти виды обычно находятся в разреженном состоянии, их просто не найдешь в лесу. Но когда они выходят на вспышку массового размножения, то они размножаются на сотнях, тысячах и даже миллионах гектаров и уничтожают лес. Получается так, что они как бы разрушают среду своего обитания. Если бы это были какие-то дома или другие сооружения, то их, наверное, надо было бы отстраивать. Но лес, он, к нашему счастью, растет. Это возобновляемый ресурс, и поэтому лес омолаживается. С эволюционной точки зрения это вообще замечательный процесс, потому что здесь происходит омолаживание леса. Он вырастает снова и снова, он трансформируется, меняется, и в конечном итоге выходит на климаксовое, как мы говорим, состояние, которое может существовать неопределенно долго, если не будет опять воздействия возмущающих факторов.
Возмущающие факторы - это насекомые, о которых я рассказал. Второй возмущающий фактор - человек. Человек с его спичками и пожарами, человек с его пилой и топором. Человек, который тоже существенно влияет на состояние экосистем. Но это уже, так сказать, факторы другого порядка. Потому что насекомые существуют в экосистеме и эту систему регулируют, и иногда, как мы видим, даже через разрушение. Это послужило основой для разработки популяционной теории динамики численности насекомых, которая позволила определить типы массовых размножений. Для этого был создан специальный математический аппарат.
Вспышка, о которой шла речь, называется собственно вспышка. Бывает ситуация, при которой вид выходит на высокую численность, и неопределенно долго там может находиться в этом состоянии. Пока, так сказать, не уничтожит все, что может уничтожить. Затем, после глубокой депрессии, он также возвращается в зону разреженных популяций, но не вымирает, а как бы там затаивается. Потом медленно перегруппировывается и опять готовится к следующему действу. Эта вспышка носит название фиксированной. Они характерны для определенной группы насекомых, которые способны «готовить» свои кормовые объекты (деревья) для успешного заселения путем повреждения ассимиляционного аппарата. Есть еще так называемые «перманентные» вспышки, когда вид непрерывно флуктуирует в пределах разреженной и высокой плотности, не останавливается на стабильном состоянии.
Классический пример - горные леса Швейцарии. Швейцарцы - аккуратные люди. Они сто лет наблюдали такого рода вспышку в лиственничных лесах Альп. И эти столетние наблюдения показали, что в одном из участков такого леса определенный вид непрерывно, периодически, через ряд лет переходит к массовому размножению. Работает с точностью швейцарских часов. Есть вспышки размножения, которые мы называем «реверсивными», когда от достаточно высокой плотности популяция движется в сторону невысокой плотности. Скажем, вид существует при определенной плотности, а потом получается так, что его почти истребили. Например, как соболя в свое время в Сибири: в Саянах, на Баргузине в бассейне о. Байкал. Потом существовал длительное время запрет на его охоту, соболь в массе размножился и опять вернулся в свое устойчивое состояние с повышенной плотностью.
Выявление этих типов вспышек и их математическое описание дало возможность провести своего рода систематизацию видов насекомых и создать новую классификацию типов массовых размножений. Это послужило основой для понимания многих популяционных процессов, ведущих к негативным процессам разрушения лесов, которые мы видим сейчас на картинке. Потому что хотя это и природный процесс, но с потребительской точки зрения - точки зрения человека - это нарушение, это потеря ресурса. Лес ведь не только экологический каркас территории, он еще очень важный возобновляемый природный ресурс. И поэтому организация защиты леса, недопущение массовых размножений является одной из важнейших задач управления лесами.
Эти задачи решаются сейчас разными способами. Решаются с помощью моделей, с помощью прогнозирования массового размножения на основе математического моделирования. Выясняются где, когда и как будут осуществляться эти экспансии насекомых в таежных лесах. И какими методами следует регулировать численность.
А.Г. То есть, война настоящая.
А.И. Да, мы получили сейчас механизм регуляции. Механизм регуляции связан и с другой важной регуляторной системой уже на уровне вида. Я попрошу следующий снимок. Длительное время мне пришлось работать с группой насекомых, которые живут в стволе дерева. Это так называемые ксилофаги, т.е. потребители древесных тканей дерева. И выявились удивительные вещи. При наличии большого разнообразия этих видов, заселение деревьев осуществляется в определенной последовательности, которая обусловлена экологическими параметрами вида и его способностью поселяться на деревьях определенного физиологического состояния. Эти виды заселяют деревья, которые начинают болеть. Линия снижения устойчивости, которая здесь показана, это формализованное свидетельство того, что дерево начинает болеть все больше и больше. По мере течения болезни (ослабления) дерево начинает заселяться группировками насекомых. Этот ряд заселенности исследован для лиственницы - именно в той последовательности, которая показана на рисунке, идет «освоение» дерева группировками ксилофагов. Первоначально на дерево нападают виды, способные заселять практически здоровые деревья. Они ослабляют дерево все больше и больше и как бы готовят его для заселения видами других экологических группировок.
Но что самое интересное, это как они выявляют, находят эти деревья. Эти деревья они находят по той информации, которая идет от самого дерева в зависимости от степени его ослабления. На каждом этапе физиологического ослабления дерево выделяет различные «сигнальные» летучие соединения, привлекающие насекомых. У хвойных пород это могут быть, в частности, различные монотерпены или другие продукты жизнедеятельности. Дерево как бы невольно сигналит, что оно заболело и может стать добычей разного рода насекомых. Этот сигнал улавливается тем или иным видом, и он начинает заселять дерево. Одновременно так устроено в природе, что это момент наиболее удобный и благоприятный для развития под корой - в смысле состояния луба (подкорового слоя), его питательной ценности, состава микрофлоры и других экологических параметров. То есть, это возможность заселиться на том этапе ослабления, когда дерево наиболее благоприятно для развития того или иного вида.
Это осуществляется еще и с использованием других очень важных биологических веществ - так называемых феромонов. Здесь вступает в действие уже язык запаха. Это увлекательнейшая и очень важная тема, особенно для понимания внутренних, тонких элементов механизма взаимодействия. Это та же первичная привлекательность самого дерева. Каждый вид имеет свой диапазон восприятия привлекательности. И он как бы идет по этой волне и попадает на то дерево, которое для него наиболее благоприятно. Кроме того, последовательность заселения определяется еще и наличием второй сигнальной системы. Это уже половые феромоны, т.е вещества, которые испускают сами насекомые.
А.Г. Насекомые, поселившиеся на этом дереве. И испускают они половые атрактанты.
А.И. Да. Эти половые атрактанты имеют очень избирательную способность. Во-первых, они имеют видовую избирательность. То есть они привлекают особи тех видов, которые являются родственниками. Затем, эти атрактанты имеют временный характер, проявляются дискретно, что дает возможность постепенно расселяться по всему стволу. То есть, они регулируют плотность поселения.
А.Г. А для других видов они могут быть сигналом о состоянии дерева?
А.И. Да, но только для видов, которые для них являются врагами. Враги (хищники и паразиты) также приспособились к этим же самым половым атрактантам, и они налетают на то же дерево именно в тот момент, когда эти атрактанты работают. А эти атрактанты начинают работать еще и в связи с питанием. Когда короед вбуравливается в дерево, он должен сначала попробовать, а пригодно ли это дерево для поселения его потомства? Поэтому феромоны-атрактанты образуются в кишечнике. Были проведены очень тонкие работы, позволившие выявить и синтезировать эти соединения. И сейчас мы используем их в ловушках для отлова и уничтожения вредителей леса.
Вид, о котором я рассказал и которым я занимался на лиственнице, это ближайший родственник типографа, знаменитого ипс типографус, это короед типограф. Вы представляете, что это такое, они родственники. Тот на лиственнице живет, а этот - на ели. Это тот самый вид, который так активно уничтожает еловые леса, в том числе и в Подмосковье. Здесь используются ловушки как раз на основе атрактивных соединений, которые были выявлены в результате таких тонких, очень интимных, я бы сказал, исследований этой стороны жизнедеятельности лесных насекомых.
В заключении я хотел бы сказать, что мы сейчас располагаем достаточно мощным аппаратом познания динамики численности лесных насекомых. В этом направлении выполнены не только фундаментальные исследования, но и широкий спектр прикладных работ, используемых на практике. Мы можем прогнозировать, где, когда и как начнутся вспышки размножения. Мы можем предвидеть время и место, где они происходят. Мы используем для этого различные новые технические приемы, в частности, аэрокосмические методы исследования. Потому что если мы нацелено исследуем определенный участок леса, то сейчас нет проблем увидеть из космоса, что там происходит с лесом. Эти работы сейчас принимают практический облик, мы работаем с нашими специалистами-лесопатологами. Есть реальные возможности предсказывать все достаточно корректно и осуществлять меры защиты леса. Мы не говорим - меры борьбы. Мы не считаем, что это вредители. Мы считаем, что это компонент биогеоценоза, который надо регулировать.
А.Г. Тут есть определенный парадокс. Вмешиваясь в естественное экологическое развитие вида (который, как вы сами сказали, уничтожает старый лес и способствует его обновлению, расставляя ловушки в местах бедствия, с точки зрения человека), мы все-таки тем самым подвергаем опасности лес. Вот сейчас в Подмосковье короеды, типографы, как вы их называете, начинают хулиганить. Мы расставляем ловушки, снижаем резко популяцию, и старые ели, которые должны быть повержены этими жуками, остаются в лесу. Нет?
А.И. Понимаете, существует такое мнение, я бы сказал, непрофессиональное, что если лес вырос, он должен умереть. Это и так и не так. Умирает не лес, умирают деревья. Но в ненарушенном климаксовом лесу, эта система устойчива, она стабильна - сколько биомассы происходит, столько и уходит. Там все очень взаимосвязано. Там умирают деревья, но не лес, потому что выпадает дерево, а на место его уже идет подрост. И эти разновозрастные леса (климаксовые леса - только разновозрастные), вообще говоря, существуют не то чтобы вечно, но неопределенно долго. Это мы называем потенциальная растительность, которая как была когда-то, так и продолжала бы существовать, не будь возмущающих факторов в виде человека, пожаров и тех же насекомых. Понимаете? Так что о том, что там происходит что-то очень плохое, речь не идет. Речь идет о том, что мы просто теряем ресурс, который можно использовать в процессе хозяйственной деятельности.
А.Г. То есть не отдать жуку, а взять себе.
А.И. Не отдать жуку, а взять себе, вот в чем дело. В процессе хозяйственной деятельности, рубок, ухода за лесом, санитарных рубок, мы можем использовать древесину. Только с этой точки зрения - опять-таки потребительской точки зрения человека, это естественная потребность, - можно говорить о вредителях, понимаете?
Но я хочу сказать, что если бы под Москвой осуществлялось нормальное ведение лесного хозяйства, изымался тот лес, который был оставлен, то вообще бы этих потерь и не было, как не было в таких размерах и типографа. Потому что человек ослабляет насаждения промышленными выбросами, всякими сооружениями и так далее, особенно вокруг больших городов. А ослабленные леса - это добыча насекомых. Тогда и происходит разбалансировка той экосистемы, о которой я говорил. Насекомые выходят из-под контроля и становятся доминантным фактом.
А.Г. И тогда необходимо вмешательство.
С.О. Прозвучали слова о разбалансировке, и хотелось бы продолжить эту тему.
Александр Сергеевич затронул очень важный вопрос о механизмах. Именно о механизмах взаимодействий организмов в экосистеме и сообществе - на примере наземных (лесных) сообществ. И мне кажется, что было бы интересно проиллюстрировать этот же вопрос на некоторых других примерах, касающихся водных сообществ. И когда мы с разных сторон, на разных примерах это посмотрим, выявятся какие-то фундаментальные закономерности. Попробуем.
Вопрос о том, как экосистема регулируется, если разложить его на составляющие элементы, сводится к тому, как конкретный организм регулирует свои взаимоотношения с другими видами в этой экосистеме.
Взглянем на этот рисунок, где в центре - некий типичный организм, а от него ведут четыре стрелки в разные стороны. Сейчас мы обсудим тот факт, что у каждого организма обычно есть четыре группы взаимодействия с другими организмами в том сообществе, где он находится. Четыре стрелки на рисунке символизируют эти четыре группы взаимодействий данного организма с другими существами в сообществе или экосистеме.
Первое. Организм ищет партнера для размножения. И задача состоит в том, чтобы его привлечь. Для этого есть те половые аттрактанты (феромоны), о которых уже говорил сейчас Александр Сергеевич. Они есть практически у всех исследованных под этим углом зрения водных организмов.
Второе. Есть проблема поиска пищи, пищевого объекта. Для того чтобы этот объект найти, оказываются полезными определенные химические вещества (пищевые аттрактанты), которые служат сигналами, сообщают информацию о наличии корма, потенциальной жертвы.
Третье. Данный организм сам может в один прекрасный момент подвернуться нападению и стать кормом для кого-то. Поэтому перед ним стоит важная задача - избавиться, защититься от тех хищников, которые хотят данный организм использовать в качестве пищевого объекта. Именно поэтому многие организмы вырабатывают специальные химические вещества, которые служат защитой от хищников - токсины, репелленты (то есть отпугивающие вещества) и другие защитные вещества.
Четвертое. И наконец, есть проблема уменьшить давление конкурентов. И здесь тоже химические вещества оказываются полезными. Это и репелленты, и специальные маркеры территории, которые сообщают потенциальным конкурентам, что данная территория с ее кормовыми ресурсами уже занята, и благоразумнее поискать другой кормовой участок.
Наша тема сегодня - регуляция сообществ. Существуют два типа регуляторного воздействия организма на среду. Один способ - выделить химические вещества в окружающую среду. Об этом, собственно, сегодня и будет больше всего идти речь.
Но есть еще и другой способ, о котором необходимо упомянуть, чтобы общая картина была более полной. Многие организмы обладают способностью, особенно в водной среде, пропустить эту среду через себя, ее кондиционировать. И на следующем рисунке - той иллюстрации, которую мы видим, - приведен как раз наш эксперимент, который очень убедительно показывает, как это эффективно может делать организм, фильтрующий воду. Мы в своих опытах использовали двустворчатых моллюсков, которые пропускают через себя воду и профильтровывают ее. В предлагаемом вашему вниманию опыте мы использовали сорские двустворчатые моллюски - мидии Mytilus edulis. На рисунке видны красные столбики, высота которых уменьшается со временем. Высота этого красного столбика пропорциональна количеству одноклеточных водорослей в воде над мидиями. Видно, что в течение опыта, в течение очень непродолжительного времени резко снижается концентрация этих водорослей. Это пример того, как эффективно организм (в нашем опыте - моллюск-фильтратор) может воздействовать на среду.
Но далее будем больше говорить о том способе регуляции, в котором участвуют химические вещества, выделяемые организмами в окружающую среду - водную или воздушную. Типы этих веществ были по-новому классифицированы, систематизированы и подробно описаны на многих примерах вашим покорным слугой в двух книгах по биохимической экологии (преодолевая ложную скромность, отметим, что эти книги оказались первыми книгами по биохимической экологии не только в отечественной научной литературе; по мнению экспертов многих стран, эти книги заложили основы новой научной дисциплины на стыке экологии и биохимии).
Сегодня в нашей беседе уже упоминались феромоны.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28