Биологи вывели математическое уравнение, которое описывает динамику численности лесных насекомых-вредителей. Этот инструмент позволил авторам найти различия между видами, для которых характерны вспышки размножения, и теми, чья численность в течение многих лет остается стабильной. Полученные данные помогут выявлять потенциально опасных насекомых, для которых ранее не были зарегистрированы вспышки, но которые могут начать массово размножаться. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Chaos, Solitons and Fractals.
Численность насекомых-вредителей в лесах год от года меняется, и на нее влияет множество факторов, например, количество хищников, погодные условия и доступность пищи. Наибольшую опасность представляют так называемые «вспышечные» виды, популяции которых могут резко увеличиться от единиц до десятка тысяч особей на растение, например дерево. При этом остается не до конца понятным, почему одни насекомые могут так резко повышать свою численность и приводить к массовой гибели деревьев, а другие нет. Чтобы решить этот вопрос, экологи с помощью математического моделирования ищут общие свойства «вспышечных» видов, которые оказывают влияние на их численность при самых разных условиях обитания.
Ученые из Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (Москва) и Института систематики и экологии животных СО РАН (Новосибирск) исследовали 15 видов насекомых-вредителей, встречающихся в лесах на территории России, Европы и Северной Америки и поражающих как лиственные, так и хвойные деревья. В их число вошли сибирский и непарный шелкопряды, шелкопряд-монашенка, сосновая пяденица, лиственничная серая и зеленая дубовая листовертки, а также другие широко распространенные виды.
В работе биологи использовали литературные данные, а также результаты собственных многолетних наблюдений. По ним авторам удалось проследить, как менялось количество насекомых за сроки от 14 до 120 лет. Неодинаковая длительность наблюдений была связана с тем, что для разных видов доступные данные отличались. Так, например, история популяции лиственничной серой листовертки, обитающей в Швейцарии, известна с 1858 по 1978 год (120 лет), а одна из популяций непарного шелкопряда в Московской области — только с 1950 по 1964 (14 лет).
Опираясь на данные о численности вредителей и площади пораженных ими лесов в разные годы, исследователи разделили всех насекомых на две группы. В первую вошли те, чьи популяции были стабильными на протяжении всего исследуемого периода, то есть вспышек размножения этих видов не наблюдалось. Вторая группа была представлена «вспышечными» насекомыми, численность которых в разные годы могла различаться в сотни раз. Для каждого варианта авторы рассчитали коэффициент, отражающий, насколько популяция насекомых стабильна или, наоборот, зависима от внешних факторов (количества пищи и хищников).
В результате биологи вывели простое уравнение — так называемую авторегрессионную модель. Она с точностью до 90% описывает динамику численности «вспышечных» видов насекомых — от состояния разреженной популяции до популяции на пике численности. Для всех изученных «вспышечных» видов, таких как сибирский и непарный шелкопряды, сосновая пяденица, серая лиственничная листовертка и других, параметры этого уравнения, отражающие, как регулируется численность насекомых, оказались близки друг к другу. При этом коэффициент устойчивости таких популяций был очень низким, что и объясняет сильные колебания их численности. У видов, для которых не характерны вспышки размножения, этот параметр был высоким, поэтому для них свойственна стабильно низкая численность популяций.
«Нам удалось понять, почему существуют "вспышечные" виды, и узнать, как "тихий", незаметный вид может превратиться во врага растений. За последние десятилетия такие случаи неоднократно описаны. С помощью предложенной модели можно будет искать среди миллионов видов насекомых те виды, которые представляют потенциальную опасность, и отслеживать динамику их численности», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Владислав Суховольский, доктор биологических наук, профессор, сотрудник Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (Москва).
***
Больше результатов исследований грантополучателей Российского научного фонда и актуальных новостей из мира науки доступны в социальных сетях РНФ Вконтакте и Телеграм