На высотных этажах планеты

2002 г. по решению ООН объявлен Международным годом гор. Высокогорные районы занимают четверть поверхности земного шара. Здесь зарождаются планетарные процессы, и от их характера зависит благополучие других областей. В современных условиях особенно актуальна проблема изучения реакции различных организмов на экстремальные ситуации. Природу таких реакций и методы борьбы с их отрицательными последствиями лучше всего исследовать в горных условиях. Здесь познаются резервы человеческого организма, его адаптационные возможности.

Мы предлагаем вашему вниманию фрагменты книги нашего постоянного автора Ю.П. Супруненко «На высотных этажах планеты» (М.: Тровант, 1999), посвященные этой проблеме.

В целом высотное распространение беспозвоночных ограничено не столько недостатком кислорода, сколько холодом и отсутствием пищи. Нехватка воздуха сказывается прежде всего на животных с развитой дыхательной системой. Согласно опытам, у ряда животных при понижении атмосферного давления, а следовательно, и кислорода возникали различные нарушения: у лягушек при давлении 100 мм, у кроликов – с 200 мм, у кошек – с 270 мм, у обезьян – с 300 мм, человека – с 350 мм рт. ст. Однако первые симптомы горной болезни могут наблюдаться и при более высоком давлении.

Насекомые же выживают и на больших высотах. В Гималаях, например, они встречаются на высотах до 6000 м. Ногохвостки, чешуекрылые, щетинохвостки, полужесткокрылые, жуки-чернотелки, кузнечики, бескрылые кобылки и снежные блохи безболезненно выдерживают пребывание во льду. А пауки были обнаружены даже на высоте 6800 м. Насекомых, вероятно, заносит восходящими токами воздуха. А вот земноводные и рептилии обитают ниже – высотная граница их распространения 5000–5500 м. Правда, в разных горных странах свои высотные зоны животного и растительного мира. Так, на Памире, Тянь-Шане они на 1000–1500 м ниже, чем в Гималаях. Объясняют это общей высотой гор, расположением снеговой линии, климатическими особенностями, широтным положением горной системы, приуроченностью к определенным биогеографическим провинциям.

На больших высотах замечают и птиц. На Памире и Тянь-Шане насекомоядные и растительноядные птицы постоянно гнездятся на высотах 4000–5000 м, причем последние, понятно, ниже. А во время миграций они и вовсе поднимаются в заоблачные выси. Альпийские галки отмечались альпинистами на высоте 8100 м, бородачи-ягнятники, гималайские грифы, кондоры, горные гуси и индейки – на высотах более 7500 м.

Высоко в горы могут подниматься и отдельные млекопитающие. Кошки и собаки наименее выносливы в отношении недостатка кислорода, их гибель в Андах зарегистрирована на высотах 3900 м, хотя, акклиматизировавшись, они могут подниматься до 4500 м. Для зайцев таким экологическим порогом является высота 5500 м, для волков – 5600 м, для каменных козлов – 5800 м. Вообще же горные копытные (яки, козлы, бараны) и снежные барсы поднимаются выше других млекопитающих – почти на 6000 м.

Вот сводный перечень проникновения животных на большие высоты: гуси (почти 9500 м); галки (выше 8000 м); пауки (7500 м); кондоры (7000 м, Анды); грифы и орлы (7000 м, Гималаи); бабочки и пчелы (6600 м); пищуха – чемпион по высоте обитания среди млекопитающих (6300 м); тибетский ворон (6000 м); беломордый олень (6000 м); снежный барс (6000 м); лангур (6000 м); викунья (5600 м); пума (5600 м); андский олень (5000 м). В целом среди позвоночных южноамериканские животные – одни из наиболее высоко проживающих. Далее список продолжают: фламинго (4500 м); горный тапир (4600 м); рыбы (4600 м); горная горилла (4200 м); летучая мышь (4100 м); гималайский медведь (4000 м); малая панда (4000 м); гуанако (4000 м); колибри (4000 м, Анды); слон (3660 м); выше 3000 м – заяц, горностай, волк, горный баран; стрижи (3000 м); чибисы (2500 м) и другие птицы во время пролета на высоте более 1000 м.

В условиях холодного, разреженного, малокислородного высокогорья у животных выработались определенные адаптационные механизмы. Эти приспособления включают повышенную опушенность (а у птиц – уплотнение оперения) и более темную пигментацию. Многие представители горных экосистем обладают меланизмом. В Альпах, например, черная саламандра, черная гадюка, многие ящерицы, бабочки, жуки оказываются темнее, чем их равнинные подвиды. Такая особенность еще до конца не объяснена, но предположительно связана с защитой от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей. Высоко в горах у животных уменьшаются циклы размножения, падает плодовитость, меняются формы продолжения рода. За короткое холодное лето невозможно выкормить и сохранить многочисленное потомство. Тибетская ящерица-круглоголовка на высотах до 2000 м откладывает яйца, а выше этот вид становится уже живородящим – яйца при случающихся здесь холодах могли бы погибнуть. Это свойственно и другим пресмыкающимся.

В суровых условиях чем больше животное, тем меньше оно теряет тепла. Лесная мышь и пищуха в Швейцарских Альпах, дрозд в Гималаях и многие другие представители с продолжительной горной эволюцией крупнее равнинных родственников. В холодном климате помогает спячка. И не только сезонная долговременная, но и суточная. Так, колибри в Южноамериканских Андах впадают студеными ночами в оцепенение для экономии жизненной энергии.

Истинно высокогорным животным (тур, серна, снежный барс, козел, лама, архар, козерог и снежный барс) присущи довольно высокое содержание гемоглобина, который является переносчиком кислорода в крови. Дополнительным источником его кроме костного мозга служат скелет и мускулатура тела.

Вообще, у животных достаточно широк диапазон высотного проникновения. Они способны мигрировать в условиях ухудшающейся погоды, вырабатывать адаптационные механизмы. Сложнее растениям, прикрепленным к определенному местообитанию. Но изыскивая «внутренние резервы», растения максимально используют почвенно-климатические условия. И удивительны их приспособления ко всему комплексу экстремальных факторов. Отсюда – своеобразие растительного мира высокогорья, поразительное его разнообразие.

В целом горные экосистемы характеризуются низким и экономичным уровнем энергообмена, стрессовым режимом функционирования, короткими пищевыми цепями, с одной стороны, повышенной адаптацией, с другой – чувствительностью к резким непривычным колебаниям параметров среды, ускоренным циклом развития, определенным диапазоном выживаемости. Под влиянием стихийных процессов наблюдается своего рода омоложение и упрощение биоценоза. В местах пребывания человека экосистемы испытывают дополнительное воздействие, нарушаются тонкие взаимосвязи, добавляется число факторов, лимитирующих развитие.

На горных территориях стран СНГ, которые занимают до 40% их общей площади, сосредоточено более 2/3 флоры. Только в горах Средней Азии, например, насчитывается около 5400 видов растений, тогда как там же на равнине – до 1600 видов. Кавказ, площадь которого составляет 1/50 территории бывшего Советского Союза, имеет богатейшую флору – почти 6000 видов. Это треть видового набора растений всех стран СНГ.

В среднем цветковые растения распространены до 5000 м. Акантолимон диапенсиевидный, остролодка погруженная, аяния тибетская, эрмания седая, лютик снежный, некоторые крестоцветные поднимаются до 5200 м в горах Центральной Азии. Легендарный высокогорный цветок эдельвейс произрастает обычно не выше 4500 м. Но вот на склонах Джомолунгмы на высотах более 6000 м обнаружено три вида эдельвейса и подушкообразное растение – песчанка моховидная (на высоте 6218 м). В более исхоженных освоенных горах эдельвейс становится редким цветком. В Карпатах, например, он сохранился лишь в самых труднодоступных местах.

Высокогорная эволюция выработала у растительных рекордсменов высот своеобразные приспособления: подушечные или стелющиеся формы, морозоустойчивость плазмы клеток, яркость красок для привлечения редких в высокогорье опыляющих насекомых и птиц, вощеные или мохнатые листочки и другие механизмы для преодоления чрезмерного испарения в условиях физиологической сухости. Для переживания заморозков у растений повышено содержание легкоусвояемых сахаров и белков. Благодаря этому альпийские и субальпийские луга – ценнейшие летние и даже зимние пастбища.

Для горных растений характерна разветвленная и глубокая корневая система. Если надземная часть возвышается на сантиметры, то корни уходят вглубь на метры, подземная составляющая по весу нередко превышает надземную в 40–50 раз. Это обеспечивает надежное закрепление, лучшее усвоение воды, защиту от неблагоприятных условий.

Альпийская растительность – это главным образом многолетники. Возраст большинства полыней, терескенов, подушечных акантолимонников достигает сотен лет. Годичный прирост акантолимонов, например, составляет десятые доли миллиметра в год.

Различные приспособления вырабатываются у растений в условиях короткого вегетационного периода. В Альпах на высоте 1800 м он продолжается 5 месяцев, на высоте 2400 м – 2,5 месяца, а на высоте 3000 м – всего 1,6 месяца. Для растений характерны ускоренные циклы развития (цветочные почки начинают созревать уже осенью или зимой), свершение многих жизненных процессов в подземных условиях, «живородящие» разновидности (в соцветиях мятлика альпийского образуются выводковые почки), ускоренный фотосинтез при повышенной радиации. Горному морозу противостоит и тепло, выделяемое при внутриклеточном расщеплении углеводов. Альпийская солданелла расцветает прямо в снегу и может даже его... растопить. Активно осваивают поверхность ледников низшие формы растительного мира (мхи, лишайники, микроскопические водоросли). Такова сила жизни.

Радиационный нагрев поверхности обеспечивает продвижение растений на высотные этажи. Ночное выхолаживание обусловливает экономное расходование накопленных за день органических веществ. Этим во многом объясняются вкусовые качества горных овощей, плодово-ягодных растений. Своеобразие продуктов горного садоводства обязано и специфическому спектральному составу лучистой энергии солнца. Горные травы по питательности для скота приравниваются к овсу.

Высокотравье горных лугов Кавказа, Карпат, Альп, Памира и других гор умеренного пояса достаточно хорошо знакомо ботаникам. Однако высота трав, нередко превышающая человеческий рост, еще не находит полного объяснения. Предположительно причинами являются обилие микроэлементов в местах прошлой или настоящей вулканической деятельности, в районах интенсивного горообразования или выхода на поверхность поликомпонентных пород. Не последнюю роль при этом играет и повышенная радиация.

Наиболее известными представителями гигантского высокотравья гор умеренных широт являются трехметровый борец восточный, борщевик Мантеггацци (его, как и многие другие растения крупных разновидностей, уже выращивают в парках и садах), цицербита альпийская, аденостилес чесночный, ядовитая для скота чемерица белая. В горных долинах Восточных Гималаев, испытывающих влияние тропических муссонов с влажным климатом и почвами, встречаются рододендроны 15-метровой высоты! Обычная сорная в наших условиях трава крестовник в горах Восточной Африки достигает десятиметровой высоты! На массивах Рувензори и Килиманджаро произрастают импозантные крестовниковые леса.

Эндемиком Кавказа является борщевик Сосновского. Он настолько велик (порой выше двух человеческих ростов), что по научному называется «трава Геракла». Этот борщевик содержит множество питательных элементов, и поэтому одно время считался ценной кормовой культурой для крупного рогатого скота. Но вот выяснилось, что молоко коров, поедавших «гераклиум», хоть и прибавляет жирности, но имеет горький привкус. Обнаружилось также, что зеленый гигант еще и ядовит: при соприкосновении с кожей от него получаются глубокие ожоги. Выращивать его перестали, но он одичал и разросся по обочинам дорог в городах и весях России, Германии, Франции, Нидерландов и даже Англии. Быстрый рост растений, вероятно, можно объяснить необходимостью ускоренного физиологического развития в короткий вегетационный период.

Продолжение следует