Как образовалась единственная антропогенная пустыня в Европе? Что такое градиент пространственных условий? Почему закономерности изменения условий в пространстве нельзя применить к изменениям во времени? На эти и другие вопросы отвечает доктор биологических наук Андрей Чабовский.

Мы живем в изменяющемся мире, в том числе в условиях постоянно изменяющейся природы. Понятно, что сейчас на земном шаре буквально не осталось места, которое не было бы подвержено влиянию деятельности человека. Дело в том, что, когда мы исследуем какие-то естественные, как нам кажется, биологические процессы, мы часто забываем о том, что мы наблюдаем и изучаем, например, животных в среде, которая уже трансформирована. И на самом деле, изучая какие-нибудь адаптации, мы оцениваем соответствие образа жизни не современным условиям, а каким-то условиям в прошлом в широком смысле. Поэтому долговременные мониторинговые исследования очень нужны, потому что на краткосрочном временном срезе мы не можем оценить долговременных трендов изменения среды — в частности, изменения экосистем. И, соответственно, мы не можем исследовать какие-то адаптации животных к этим долговременным изменениям — адаптация не формируется за два года.

Между тем наука организована так, что долговременные исследования скорее исключение, чем правило. Недавно был проведен анализ исследований по мониторингу экосистем, который показывает, что среди них преобладают исследования длиной 2–3 года, а мониторинговые исследования на протяжении 10–20 лет занимают 2–3%. И это проблема не только научная, но и научно-организационная, потому что надо понять, как организовать такие долговременные исследования с перспективой на 10, 20, 30 лет. Такая система есть в Соединенных Штатах, называется Long Term Ecological Research, к ней присоединилась Европа, и сейчас это около 40 станций по всему миру, которые осуществляют мониторинг состояния среды — и животных, и растений — в 40 точках земного шара.

Мы исследуем долговременную динамику экосистем в Калмыкии. Почему в Калмыкии? Не потому, что там очень интересно с точки зрения природы — это наискучнейшая равнина, где не на чем остановить свой взгляд, а потому, что это уникальное место, где усилиями общества фактически проведен естественный эксперимент — есть такой метод в экологии. Дело в том, что калмыцкие экосистемы — это пастбищные экосистемы, которые требуют травоядных для своего устойчивого поддержания. Раньше это были дикие травоядные, в частности, сайгаки, а потом, когда туда пришли люди, калмыки, это стали домашние травоядные овцы.

Калмыки были вполне разумны для того, чтобы использовать так называемое отгонное животноводство, то есть они гоняли свои стада с места на место, чтобы поддерживать пастбища в хорошем состоянии. Но при советской власти их сделали принудительно оседлыми, и животноводство стало стационарным. В результате к 1980 году на месте таких полупустынных устойчивых сообществ образовалась настоящая пустыня. Она была признана таковой ЮНЕСКО в 1980-х годах, это единственная антропогенная пустыня в Европе. Открытые пески там занимали 15–20%, а модели предсказывали, что вся территория Калмыкии будет пустыней к 2000 году. Но ни модельеры — кстати, очень хорошие специалисты, — ни зверьки, которые там живут, не могли предположить того, что случилось в 90-е годы, то есть той политико-экономической перестройки, в результате которой шерсть, которую выращивали местные чабаны, оказалась никому не нужна. До того ее закупало государство — непонятно, куда она девалась, никто ее не видел, но государство закупало ее в огромных количествах. Государство перестало закупать, шерсть перестала быть нужна, и в несколько лет упало поголовье овец, в 10–20 раз.

Удивительным образом пустыня очень быстро превратилась в степеподобное растительное сообщество.

Почему в степеподобное? Потому что исходно на этой территории никогда не было степей. Степи развились на месте пустыни из-за распространения дерновинных злаков — ковыля, житника и так далее, которые заселили эти голые песчаные участки.

Интересно, что животные, которые там живут, — а мы занимаемся грызунами — таким образом оказались в среде, с которой они никогда в ходе эволюции не сталкивались. Например, там живет полуденная песчанка — это пустынный вид. Если читать про ее экологию, про ее образ жизни, можно понять, что этот вид предпочитает открытые пески и избегает закрытых травянистых сообществ. Полуденная песчанка оказалась в этих травянистых сообществах, то есть она как бы эмигрировала в новую среду, не покидая своего места. И, конечно, нам было интересно проследить реакцию грызунов на эти изменения, направленные и быстрые, что очень редко случается в природе.

Собственно, наш общий период наблюдений сейчас составляет 25 лет. И надо сказать, что мы получили во многом неожиданные результаты. Начнем с ожидаемых. Некоторые виды, такие как тамарисковая песчанка, общественная полевка, — это виды влаголюбивые и траволюбивые, они любят траву, и их численность выросла, что совершенно укладывалось в наши прогнозы. Пустыня исчезла, появилась зеленая трава — стало много полевки, стало много влаголюбивой тамарисковой песчанки. До того она там занимала небольшие участочки типа оазисов среди пустыни, а здесь она распространилась. И это нам льстило, потому что реальность совпала с нашими прогнозами.

Исчез суслик, и это тоже понятно. Суслики очень зависят от высоты растительности, это дневные животные, у которых очень развита визуальная коммуникация, им нужно видеть друг друга. Их распространение на этих территориях было связано с развитием животноводства: шло животноводство, растительный покров становился меньше, и за ними шли суслики, потому что они видели друг друга. Когда высокая трава, они друг друга не видят и, более того, не видят хищника, поэтому они исчезли. И это тоже укладывалось во все наши прогностические модели.

Рекомендуем по этой теме:
15844
Принятие решений у животных

Но с полуденной песчанкой мы, что называется, обломались, потому что мы ожидали, что она исчезнет, поскольку эта песчанка — псаммофил, обитатель открытых песков, а она на протяжении 20 лет спокойно поддерживала такую же численность, как и во времена пустыни. То есть она каким-то образом приспособилась к этой совершенно другой и несвойственной ей среде. Каким образом — мы сказать не можем, и это самое интересное, что предстоит узнать.

Еще более интересно, что через 20 лет численность песчанки рухнула в один год и с тех пор уже на протяжении восьми лет не восстановилась. Все сообщество рухнуло в 2001 году, это какой-то критический год. На самом деле во многих участках земного шара в этот год произошло падение численности мелких грызунов, но потом она восстановилась, а у нас нет. И это тоже загадка. Это говорит о том, что существуют какие-то пороговые нагрузки на экосистему, по достижении которых происходит такое нелинейное, скачкообразное разовое изменение состояния популяции грызунов, которых мы изучаем. Это совсем не обычное явление, потому что мы все-таки привыкли оперировать постепенными линейными процессами. Здесь, очевидно, речь идет о нелинейном, бифуркационном процессе. Достигнув какой-то пороговой величины, дальше сообщество этих грызунов не смогло существовать. И это требует объяснения, которое, к сожалению, мы пока не можем найти.

Проблема исследования экологических адаптаций животных, в частности их экологических потребностей, к среде — какие места обитания они предпочитают, какие растительные сообщества для них наиболее благоприятны, — связана с тем, что, как правило, эти экологические потребности исследуют в градиенте пространственных условий.

У нас есть градиент условий: вот здесь много травы, здесь мало травы, здесь одна трава, здесь другая, и мы исследуем численность того или иного вида.

И по распределению этой численности можем сказать: вот он любит высокую траву, а вот этот вид любит маленькую траву, а этот такую или сякую, а этот такую почву, а этот такую. То есть мы берем градиент условий в пространстве и вычисляем какие-то закономерности распределения животных в этом градиенте условий.

Большая ошибка заключается в том, что, исходя из так называемого принципа эргодичности, эти закономерности на пространственной шкале переносят и на временную шкалу, то есть буквально как бы поворачивают на 90 градусов эту ось. И считают, что закономерности, выявленные в пространственной шкале, точно так же повторяются и на временной шкале. Дело в том, что проверить это очень трудно, потому что примеров таких долговременных исследований, когда условия обитания меняются сильно и направленно, очень мало. В этом смысле калмыцкие экосистемы имеют большое преимущество, потому что они позволяют проследить реакцию грызунов не на изменение условий в пространстве, а на направленное изменение условий во времени. И оказывается, что эта реакция во многом инерционна. То есть скорость реакции того или иного вида меняется, и есть виды, которые просто демонстрируют такую сильную популяционную инерцию, оказываясь в результате в совершенно несвойственной для себя среде.