• Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
1638
Огонь как фактор эволюции
Биология
Горит лес в заповеднике «Юганский». Фото В. Переясловца

Огонь как фактор эволюции

Пожар, вызванный естественными факторами, издавна был обычным природным явлением и так же, как все живое, менялся с течением времени, причем в результате действия не только природных, но и антропогенных факторов. И здесь мы сталкиваемся с любопытным эволюционным феноменом, который в принципе можно использовать для воздействия на обитателей экосистем 

Есть мнение, что в ответ на изменение климата и культуры землепользования типичные характеристики пожаров (интенсивность, масштаб и др.) быстро и радикально меняются. Говорят даже, что на смену антропоцену с высоким уровнем человеческой активности, играющей важную роль в функционировании земных экосистем, приходит пироцен – эра огня.

Так это или не так, но в любом случае очевидно, что модификация лесных пожаров влечет за собой изменение и множества характеристик природных местообитаний, а также массовую гибель или вынужденное перемещение населявших их особей. Считается, что более 4,4 тыс. наземных и водных видов (включая более 1 тыс. видов птиц, земноводных, рептилий и млекопитающих) сегодня находятся под угрозой исчезновения именно из-за изменений «привычных» атрибутов пожаров. Однако эти цифры не учитывают адаптивные реакции, которые могут вырабатываться у видов в ответ на такие перемены.

Но, возможно, в данном случае все происходит слишком быстро, чтобы эволюция успела «отработать»? Однако имеющиеся данные говорят о том, что животные в принципе способны приспособиться к новой ситуации не за столетия, а, к примеру, всего за десятки лет. И такие адаптивные изменения можно выявить не только путем изучения поведения, но и молекулярно-генетическими методами. 

При низовом пожаре весной значительного повреждения древостоя обычно не происходит, потому что мерзлота ослабляет тепловое воздействие на корневую систему. Но при устойчивом низовом пожаре даже толстая кора лиственницы не всегда спасает. По: (Харук и др., 2010)

Недавно ученые проанализировали около сотни публикаций, касающихся влияния пожаров на животных, чтобы найти примеры и понять механизмы подобной эволюции. Большая часть подобных исследований проведена на растениях. Эти организмы не могут убежать от огня, поэтому у них есть лишь два пути: эволюционировать или погибнуть. У выживших можно отметить явные защитные признаки: к примеру, толстую кору или семена, которые смогут пережить пожар и позволят сохраниться генетическому материалу. А некоторые виды грибов-карботрофов приспособились использовать в питании древесный уголь, остающийся после пожаров.

Геопиксис угольный (Geopyxis carbonaria) – один из самых вездесущих грибов-карботрофов, участвующий в переработке подстилки и хвойных остатков после пожаров. Там, где прошел огонь, эти симпатичные коричневые чашечки размером не больше 2 см в диаметре встречаются небольшими группами или огромными скоплениями. Фото Т. Бульонковой

Подобных знаний о животных меньше, возможно, потому, что такие черты у них в первую очередь связаны с поведением и не так заметны. Впрочем, и среди них известны примеры морфологической и физиологической адаптации.

Так, у златок пожарных (Melanophila acuminata) под лапками имеется миниатюрный чувствительный сенсорный «прибор», способный улавливать инфракрасное излучение. Эти жуки часто собираются на пожарищах, где самки откладывают яйца на деревьях, поврежденных огнем. А африканская наземная птица бегунок Темминка (Cursorius temminckii), обитающая в саваннах и на лугах, откладывает яйца цвета выжженной земли, чтобы уменьшить риск разорения гнезда.

Когда пожароактивность год от года стабильна, доминирующие фенотипы (и генотипы) формируются в результате стабилизирующего отбора. Так, австралийские плащеносные ящерицы (Chlamydosaurus kingii) в начале засушливого сезона, когда горит только трава, обычно укрываются на невысоких деревьях, но предпочитают более высокие во время сильных пожаров в конце сезона. 

Плащеносные ящерицы (Chlamydosaurus kingii) могут укрываться от пожаров на высоких деревьях. ©CC BY 2.0/ Stephen Michael Barnett

Регулярно работает и балансирующий отбор, благодаря которому в разные периоды преобладают и разные фенотипы. Так, шпорцевые кузнечики (Ronderosia bergii) сразу после пожара чаще окрашены в темный цвет – это защищает их от хищников в «обугленном» ландшафте. По мере восстановления растительности отбор благоприятствует более светло окрашенным особям.

Но и адаптивные признаки могут стать вредными при изменении условий. Те же ящерицы не спасутся в кронах деревьев, если пожары будут их выжигать. С другой стороны, высокая смертность может вызвать быструю эволюцию выживших, если, конечно, такие найдутся.

Ученые считают, что пожары могут способствовать быстрому изменению частот аллелей (вариантов одного гена) в результате отбора (из-за различий в приспособленности) и случайного генетического дрейфа или же обмена аллелями между популяциями. Другими словами, здесь могут работать практически все эволюционные механизмы, кроме, вероятно, мутаций.

Кроме того, «приспособление» к пожарам может происходить в рамках более широкого набора признаков. Например, по концепции континуума «быстрой/медленной жизни», на одном конце которой быстрый рост, интенсивный метаболизм, раннее созревание и гибель, а на другом – «медленная», долгая жизнь. Другая такая ось выстраивает особей по их «характеру»: от смелых и активных к робким и неагрессивным. В случае пожара одни особи будут дольше других выжидать, вместо того чтобы спасаться, а другие, к примеру, – раньше исследовать пожарища.

Животные в какой-то степени могут и сами влиять на пожары, изменяя количество и состав «топлива» или характер возгорания. Например, черные коршуны (Milvus migrans) научились поджигать еще не затронутые огнем участки, сбрасывая на них горящие ветки, чтобы обеспечить себя доступной пищей.

Люди, управляя огнем, также могут влиять на эволюционные процессы у животных. К примеру, таким способом иногда можно улучшить устойчивость вида. Авторы исследования приводят в пример бабочек-голубянок (Plebejus icarioides), обитающих в Йосемитском национальном парке в Калифорнии. После пожаров там быстро разрастаются цветочные растения, такие как многолетний люпин, который поедают гусеницы бабочек. И контролируемое использование огня может увеличить «генетическую связность» местных популяций этого вида.

С другой стороны, при длительном отсутствии пожаров адаптации к огню могут быть утрачены, что может представлять опасность. Ключом к эволюционной устойчивости в любых условиях будет достаточно большой размер и генетическое разнообразие популяции, а также высокая фенотипическая и поведенческая пластичность. Только так популяция сможет выжить в экстремальной ситуации и быстро восстановиться. В этом смысле для экологов есть резон мониторить признаки «пожарной наивности», чтобы учитывать их в деятельности по сохранению видов наряду с данными других наблюдений.

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!