Г.А. МАМОНОВ,
преподаватель ВПТУ, г. Киев

Циклы в живой природе

О циклических, или повторяющихся, явлениях в жизни растений и животных слышали, наверное, все. Наиболее заметны сезон-ные события в природе: гнездование и перелеты птиц, появление насекомых, цветение растений и т.п. Многие живые организмы имеют внутрисуточные ритмы активности, связанные со сменой дня и ночи. Однако, далеко не всегда периоды сна и активности связаны со светлым или темным временем, например, землеройки бурозубки спят по несколько минут до 78 раз в течение суток. Ряд животных в сезонном климате размножается один раз в год, в наиболее благоприятное для появления потомства время. Но у мышевидных грызунов, например, потомство появляется несколько раз в год. Вслед за появлением потомства у таких животных можно наблюдать периоды повышенной двигательной активности, связанные с расселением молодняка, освоением им окружающей территории. Например, в Западной Сибири в теплый сезон циклы повышенной двигательной активности полевок повторяются через 9–10 дней и через 80–90 дней, когда взрослеет их потомство.

Более долговременные, многолетние, циклы изменения численности и расселения животных и растений также широко известны, но трудны для изучения, так как требуют постоянных длительных учетов и наблюдений на обширных территориях. Поэтому наши знания о многолетних циклах в живой природе еще очень не полны. Познание цикличности в изменениях флоры затруднено и влиянием на растения деятельности человека. Такое влияние – уничтожение природной растительности и насаждение искусственных посадок – проявляется с начала земледелия, но особенно сильно выражено в последние два столетия. Так, не менее 1/3 всех лесов мира – это искусственные посадки, во всех регионах от 10 до 30% видов растений местной флоры – это виды адвентивные, чужеземные пришельцы.

Тем не менее циклические изменения в распространении и обилии растений под влиянием климата проследить можно. В лесостепи урожайность луговых трав колеблется в десятки раз в разные годы. На суходольных лугах Южного Урала в засушливые годы заметны 14 видов трав, в обычные годы – 46 видов. Соответственно меняется и фауна на этих территориях, особенно население насекомых, птиц, мелких грызунов. Известны «клеверные годы» – массовое размножение клевера каждые 4–5 лет. Периодически случаются хорошие урожаи дуба. Желудями питаются многие птицы, грызуны, дикие кабаны – соответственно вырастает их численость. Обильный урожай семян хвойных пород предшествует подъему численности мелких грызунов. Циклы урожайности этих деревьев могут варьировать в разных районах, различающихся по климатическим условиям. Обильный урожай ели в Подмосковье в первой половине XX в. наблюдался через каждые 3 года, в Ленинградской области – через 4 года, сосны в Подмосковье – через 3–5 лет, в северных районах – через 10– 20 лет, а в Средней Германии – каждые 3 года. Сибирская лиственница в Европейской части России дает обильные урожаи каждые 6–7 лет. В такие урожайные годы наступает всплеск численности белок, затем рост числа хищников, которые ими питаются, – куниц, соболей; становится больше некоторых видов птиц, например кедровок. Затем через год происходит снижение их численности из-за недостатка семян хвойных деревьев: идет расселение, массовые миграции белок в поисках кормов, они гибнут от болезней и голода. Наконец, на следующий год меньше рождается хищников, идет их переселение в другие, кормные, места, а в данном районе численность падает.

Хорошо известны массовые переселения мелких грызунов леммингов из рода Lemmus на севере Скандинавии – вспышки их массового размножения наблюдаются примерно каждые 5 лет. При обильном развитии растительности увеличивается и количество леммингов. Они начинают расселяться, возникают эпизоотии, масса зверьков гибнет, но перед этим они сильно выедают тундровую растительность. Соответственно, происходит рост численности хищников, которые питаются леммингами, – песца, полярной совы. В следующие годы наблюдается заметный спад числа леммингов, а после этого меньше становится и хищников, в частности песцов. Продукты жизнедеятельности, мертвые зверьки, удобряют почву, способствуют возобновлению тундровой растительности.

Перемещение леммингов

По некоторым наблюдениям, вспышки размножения мышевидных грызунов в южной части Европейской части России бывают примерно раз в 10 лет, в Западной Сибири (Барабинская низменность) полевки успешно размножаются каждые 3–4 года, а водяная крыса (или водяная полевка – Аrvicola terrestris) имеет цикл около 11 лет, что, предположительно, связано с периодами повышенной увлажненности этого района. Размножившиеся водяные крысы причиняют заметный вред полям и огородам, в районах размножения зверьков возникают вспышки туляремии, носителями которой бывают эти грызуны. Вслед за пиком размножения полевок наступает пик численности хищников, например лисиц. Они тоже имеют эпидемиологическое значение, т.к. являются одним из основных переносчиков вируса бешенства в природе.

Заметны многолетние колебания численности и у зайцев. На юге и юго-западе ареала увеличение их численности происходит каждые 5 лет. По мере продвижения к северу интервалы между массовым размножением увеличиваются до 6–9 лет и даже более – до 12 лет. Но вспышки численности зайцев никогда не охватывают одновременно всю территорию их распространения, большое количество зайцев в одном месте может соседствовать с малым их числом в другом районе. В годы высокой численности зайцев хорошо размножаются и хищники – рыси, лисы, беркуты, филины.

Благодаря высокой плодовитости зайца беляка его количество может быстро возрасти в сотни раз, как, например, происходит в Якутии, Гренландии, на севере Канады. При этом зайцы меняют сам облик растительности, например в некоторых местах Якутии они выедали более половины проростков ив и лиственниц.

Ритмы численности зайца русака похожи на ритмы беляка, но обычно не совпадают с ними и менее выражены. Русак сильнее, чем беляк, страдает от многоснежных суровых зим, когда он не может нормально питаться, неустойчивой весны с оттепелями и заморозками, когда гибнет его потомство, и летних засух. Но беляк, вероятно, больше страдает от паразитарных болезней: легочных и кишечных нематод, цестод и т.д., что обусловливает быстрое падение его численности после «вспышек».

В степях Монголии отмечается 4–5-летний цикл разрастания ковылей. Эти злаки выедает полевка Брандта, которая одновременно разрыхляет почву и дает возможность остаткам корней ковыля вновь прорастать и начинать новый цикла разрастания.

Наблюдались циклы «урожайности» и у рыб, в частности у окуней в озерах Барабинской низменности Западной Сибири. Они совпадали с колебаниями численности пушных зверей в этой местности и связывались с 11-летними циклами увлажненности района. При этом циклические изменения численности хищных пушных зверьков включают в себя более мелкие циклы, связанные с размножением разных видов грызунов и землероек: 3–4 года, 5 лет, 11–12 лет.

Для озер наблюдается 35–40-летний цикл понижения и повышения уровня – соответственно меняется их зарастание растениями и численность околоводных животных. Например, уменьшение стока Волги приводит к зарастанию участков на северном побережье Каспия. За 6–8 лет тростник здесь образует длинные ленточные заросли, и тогда уменьшает-ся количество некоторых чаек, предпочитающих открытые плёсы, идет рост численности серой утки, обыкновенной кряквы. Поздняя стадия зарастания, на которой появляется уже древесно-кустарниковая растительность, привлекает серую цаплю, колпицу, кудрявого пеликана.

Английский эколог Ч.Элтон в 20-х гг. XX в. был энтузиастом идеи о влиянии солнечной активности, появления солнечных пятен на всплески численности животных, в частности мелких грызунов. Другие зоологи (например, С.И. Огнев) отрицали такую зависимость. В некоторых странах Западной Европы, например во Франции, циклы солнечной активности в 10–11 лет совпадали с «урожаем» мышевидных грызунов, но в других странах – нет. Эти противоречия заставили Элтона прекратить в 40-х гг. дальнейшие исследования таких закономерностей. Некоторые современные зоологи (В.Г. Кривенко) считают, что циклы солнечной активности влияют на численность животных, но не напрямую, а через ряд промежуточных факторов. Изменения растений под влиянием солнечной активности могут проявляться не внешне, а выражаться в их физиологии, например в содержании питательных веществ, микроэлементов, витаминов. Повышение содержания в растениях, в частности токоферола – витамина Е, важного для функционирования половой системы животных, может стимулировать вспышку размножения отдельных видов, но уже после окончания пика солнечной активности, с опозданием на год или более.

Циклы численности разных видов растений и животных связывают и с цикличными изменениями климата, чередованиями сухо-теплого и влажно-холодного периодов. Ряд ученых выде-ляют следующие циклы смены таких периодов: 3–5, 7–12, 30–45, 70–90, 1500–2000 лет.
При долгосрочных климатических изменениях ряд видов расширяет свои ареалы: тепло-сухолюбивые виды распространяются к северу или наоборот, холодо-влаголюбивые – к югу. В сырые прохладные годы наблюдается рост влаголюбивой растительности на лугах, в годы засухи – олуговение болот, остепнение лугов, расширение солонцеватых степей, и, соответственно, меняется фауна насекомых в этих сообществах. Климатические циклы особенно заметно проявляются в степях, лесостепи, полупустынях – периодами 7–11, 32–45, 70–80 лет. При длительных сухих или влажных периодах степная растительность может распространяться до 100 км к северу или отходить на юг.

В лесу, лесотундре, тундре выражены периоды продолжительностью 3–4, 11–14 лет. При потеплении климата в лесах преобладает бук, дуб, граб, при похолодании – хвойные породы и береза. Подобная смена растительности происходила в лесах Европы на протяжении тысячелетий до нашей эры, по ее следам можно судить о чередовании периодов потепления и похолодания. Так, в конце I тысячелетия н. э. в Европе заметно потеплело. Викинги из Скандинавии заселили Гренландию и занимались там земледелием и скотоводством, виноград разводили в Англии и на севере Франции, в Нормандии, – до XIV в. Льды отступали. Но с середины XIII в. началось постепенное похолодание. К XVII в. виноградарство в Англии и Нормандии стало невозможным, не говоря уж о земледелии в Гренландии. Льды покрывали зимой Балтийское, Черное и частично Адриатическое моря. На Каспии были наводнения, подъем уровня воды до 28–30 м, расширилась дельта Волги. В Средней Азии в XIV в. реки Амударья и Сырдарья зимой были покрыты толстым слоем льда. В XVI в. на севере Прикаспийской низменности отмечалась засуха, падение уровня моря на 20,5 м. Но в XVIII в. И.Г. Гмелин описывал усыхание озер на юге Западной Сибири. Таким образом, многовековой климатический период имеет свой внутренний цикл, определенные пики и спады.

Прохладно-влажный климатический период в Северном полушарии длился до середины XIX в., а с конца XIX столетия отмечается наступление нового длительного периода потепления, который продолжается и теперь. С середины XX в. в потеплении климата заметно усилилось влияние антропогенного фактора. В больших городах в Северной Евразии температура постоянно выше, чем в сельских районах. В Киеве в последнее десятилетие наблюдались осенние цветения каштанов в теплую погоду. Черный дрозд, перелётная птица, обычно отлетает на зиму к югу, но сейчас все чаще остается на зиму в лесах на окраине города. В Берлине даже наблюдали его гнездование в январе 1965 г.

С такими цикличными периодами изменения температуры совпадают и вспышки размножения и нашествия саранчи, пустынной схистоцерки. Они повторяются приблизительно каждые 8–11 лет, но их интенсивность и размах зависят от чередования и совпадения больших и малых (20–35 лет) климатических циклов. Так, в 1900–1907 гг. саранча залетала в Иран и Закавказье. В 1912–1919 гг. отмечалась небольшая вспышка саранчи, в 1926–1931 гг.– большое нашествие на Среднюю Азию, совпавшее с началом теплого сухого периода. В 1940–1946 гг. имело место похолодание, а в 1949–1955 гг., с началом нового потепления и сухого периода, вновь отмечается рост миграций саранчи, но менее интенсивных, чем в 1928–1931 гг., – она долетела лишь до юга Средней Азии и не достигла Закавказья. В 1962 г., в очередной теплый и сухой период, саранча долетела до Туркмении.

Сосновая пяденица в Европе за 100 лет, с середины XIX в., дала 8 вспышек численности, которые длились по 6–8 лет и были связаны с теплой сухой погодой. По-вторяющиеся вспышки размножения соснового коконопряда также связаны с сухим климатом и длятся 7–8 лет. При теплой погоде быстрее размножается и сибирский коконопряд.

Резкие колебания численности особенно заметны у видов, специализированных в питании. Например, численность белки зависит от циклов урожайности семян хвойных деревьев, а песца в Скандинавии – от циклов численности лемминга. У близкого родственника песца, лисы, кормовая база шире, и у этого вида колебания численности выражены слабее.

Циклические изменения в жизни растений и животных отме-чены далеко не для всех видов, но это не значит, что их нет – в ряде случаев их просто не замечают. Например, чилим – водяной орех (Trapa natans) в последние 20 лет был редким на Украине, его даже занесли в Красную книгу. Сейчас же численность чилима в водоемах стала возрастать, он становится обычным. Оказалось, что водяной орех здесь имеет 20-летний цикл колебания численности.

Сейчас в Северном полушарии продолжается многовековой (около 600 лет) цикл тепло-сухого климата, начавшийся в XIX в. Он заметен прежде всего по расширению ареалов многих видов на север и северо-восток. Уже в ше. (Хотя в данном случае кроме климатического фактора играет свою роль и антропогенный – создание искусственных водоемов, подкормка птиц и т.д.)

Очень характерна судьба белого журавля стерха. Он обитает на открытых влажных территориях с большим количеством озер. До XIX в., по некоторым сведениям, стерх был широко распространен в Западной Сибири, возможно, и на севере Казахстана. В XX в. в период потепления и сухости наблюдается усыхание, деградация болот, обмельчание озер – в результате уменьшилась территория, пригодная для гнездования стерха. Он стал исчезать, и ныне известен лишь из немногих районов Якутии, Яно-Индигирской тундры. А серые журавли, также приспособленные к влажно-прохладному климату, исчезают на юге своего ареала, например на Украине, где исчезают обширные болота и влажные открытые луга, а территория постепенно осушается.

Отступил на восток небольшой травоядный зверек – малая пищуха (Ochotona pusilla), любительница влажных густотравных степей. Ранее этот вид был распространен в степях бассейна Дона и на правобережье Волги, сейчас же известен лишь восточнее Оренбургской и Саратовской областей.

Для фламинго неблагоприятными факторами являются как морозы на местах зимовок, так и засухи на местах гнездовий, а также обширные наводнения, затопляющие гнезда. Фламинго до 80-х гг. XIX в. обитали на северном побережье Каспия – от Волги до Урала. В 30-х годах XX в. начались засухи, зарастание дельты Волги и численность фламинго упала, они перебрались в Казахстан. В начале 60-х гг. – в период умеренного потепления – фламинго стало больше, в середине 70-х г. наступило некоторое похолодание – их снова стало меньше. С 1980 г. опять наметился рост численности этого вида.

Интересна история расселения кольчатой горлицы – пример совпадения климатического цикла и антропогенного изменения окружающей среды. Эта птица, обитатель Южной и Юго-Западной Азии, в 30-х гг. XX в. – в теплый сухой период – начала расселяться на Балканах и в Европе. Второй заметный «рывок» кольчатой горлицы на север и восток произошел в начале 1960-х гг. и вновь – в период потепления. Эта птица стала распространяться на Украине, в странах Балтии, Белоруссии, появилась и в России, на юге Средней полосы, в Брянской, Курской областях. В то же время кольчатая горлица в новых местах своего обитания тесно связана с поселениями человека и культурным ландшафтом, в отличие от других горлиц.

Природно-климатические циклы обусловливают сложные изменения, происходящие в сообществах растений и животных. Знания о циклических долговременных изменениях в живой природе очень важны для прогнозирования урожайности растений и вспышек размножения вредителей сельского хозяйства, численности охотничьих зверей и птиц, распространения инфекционных и паразитарных заболеваний животных и человека. В то же время временные многолетние циклы многих видов изучены отрывочно, их взаимные связи и влияние недостаточно обобщены и не все-гда однозначно трактуются специалистами. Тем более понимание взаимного влияния разных временных циклов в жизни растений и животных может быть затруднено для школьников. Легче воспринимается пример одного временного цикла и его послед-ствий для видов, непосредственно с ним связанных отношениями «хищник–жертва» и «паразит–хозяин». Но стоит рассказать на уроке и о зависимости численности знакомых видов растений и животных от геоклиматических природных циклов, указать несколько хорошо известных фактов совпадения изменений в живой природе с многолетними изменениями климата.

Литература

Бей Биенко Г.Я. Общая энтомология. – М.: Высшая школа, 1966.

Вуль С.В. Историческая география растений. История флор земного шара. – М.–Л.: АН СССР, 1944.

География и динамика растительного покрова. – Свердловск: Уральский филиал АН СССР, 1965.

Кривенко В.Г. Водоплавающие птицы и их охрана. – М.: Агропромиздат, 1991.

Максимов А.А. Многолетние колебания численности животных, их причины и прогноз. – Новосибирск: Наука, 1984.

Максимов А.А., Ердаков А.Н. Циклические процессы в сообществах животных. – Новосибирск: Наука, 1985.

Миркин Б.М., Злобин Н.А. Агрофитоценология с основами агроэкологии. – Уфа: Башкирский Гос. Ун-т, 1990.

Миркин Б.М. Теоретические основы современной фитоценологии. – М.: Наука, 1985.

Огнев С.И. Экология млекопитающих. – М.: МОИП, 1951.

Работнов Г.А. Фитоценология. – М.: МГУ, 1992.

Северцов С.А. Динамика населения и приспособительная эволюция живот-ных. – М.–Л.: Наука, 1991.

Формозов А.Н. Проблемы экологии и географии животных. – М.: Наука, 1981.

Фукарек Э. Растительный мир Земли. Т. 1. – М.: Мир, 1987.

Элтон Ч. Экология нашествий животных и растений. – М.: Иностранная литература, 1960.