Interfax-Russia.ru – Сибирские ученые научились предугадывать атаку насекомых-вредителей на деревья с помощью их годичных колец.
Годичными кольцами у деревьев называют слои прироста древесины, которые каждый год образуются во время их активного роста. Кольца служат своего рода древесной памятью, отражающей изменения растения в течение всей его жизни. Специалисты Института леса имени В.Н. Сукачева Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук (КНЦ СО РАН, г. Красноярск) вместе с коллегами из Сибирского федерального университета (СФУ, г. Красноярск) и Института систематики и экологии животных СО РАН (ИСЭЖ, г. Новосибирск) изучили взаимосвязь между изменениями ширины годичных колец дерева и его устойчивостью к внешним воздействиям - прежде всего, атаке насекомых-вредителей.
Ученые проанализировали динамику изменений ширины годичных колец 214 деревьев - как поврежденных, так и не тронутых вредителями - с 1976 по 2021 год. Искали следы трех видов насекомых, распространенных в Сибири, - непарного шелкопряда Lymantria dispar (опасен для березы), сибирского шелкопряда Dendrolimus sibiricus (поражает пихту сибирскую) и сосновой пяденицы Bupalus piniarius (губителен для сосны). Первый вредитель, как правило, встречается в Новосибирской области, два других – в Красноярском крае.
"Ученые исследовали деревья на территориях, не поврежденных насекомыми, и на тех, где наблюдалось массовое размножение вредителей. Для этого биологи с помощью специального инструмента - приростного бурава - вырезали из стволов тонкие образцы цилиндрической формы - керны, - по которым сравнили ширину годичных колец деревьев из различных местообитаний", - уточнила пресс-служба КНЦ СО РАН.
Проанализировав различия в образцах, исследователи построили математическую модель, описывающую устойчивость деревьев к нападению вредителей.
"Чтобы объединить дерево и насекомых в одну систему, авторы применили флуктуационно-диссипационную теорему из квантовой физики. Она позволяет связать отклик системы на воздействие извне, в нашем случае - изменения ширин годичных колец в ответ на атаку вредителей, - с характеристиками динамики ширины годичных колец до этого воздействия", - рассказали в КНЦ.
Ученые уточнили, что в стрессовых ситуациях (к которым относится и нападение вредителей) рост деревьев временно замедляется, и годичные кольца становятся тоньше.
Специалисты также выяснили, что деревья, не привлекательные для насекомых, регулируют ширину годичных колец при внешних воздействиях часто, почти каждый год, но умеренно, а вот в зонах будущих вспышек вредителей ширина годичных колец либо изменяется слишком сильно и часто, либо перемены в росте остаются умеренными, но происходят очень редко. Соответственно, в зоне риска находятся деревья со слабым и медленным типом регуляции прироста годичных колец. Ученые предполагают, что деревья такого типа могут привлекать насекомых, выделяя определенные химические вещества, сигнализирующие о медленной системе реагирования и указывающие на уязвимость растения. Эти соединения распознают насекомые-вредители, которые атакуют дерево, формируя первичный очаг заражения.
"В дальнейшем мы планируем использовать методы химического анализа, чтобы изучить вещества, которые выделяют деревья с различными характеристиками ширины годичных колец. Получив данные о химических различиях выделений деревьев разного типа, мы сможем более точно предугадывать области первичных вспышек заражения насекомыми-вредителями. Таким образом мы сможем эффективнее защищать наши леса", - отметил ведущий научный сотрудник Института леса имени В. Н. Сукачева Сибирского отделения РАН Владислав Суховольский.
Как уточнили в пресс-службе КНЦ СО РАН, вспышки массового распространения насекомых-вредителей возникают в Сибири примерно раз в 8 - 14 лет. При этом насекомые наносят лесам серьезный ущерб. Поедая ствол, листья или хвою, они травмируют деревья, из-за чего те начинают высыхать и медленнее растут.
Одним из инновационных решений данной проблемы стали так называемые дозорные плантации древесных растений, которые служат своего рода "приманкой" для потенциально вредных организмов и патогенных грибов. Международный коллектив ученых, куда вошли и специалисты Сибирского федерального университета, а также Института леса им. В. Н. Сукачева КНЦ СО РАН, рекомендует разбивать их в регионах или странах, которые могут являться "донорами" вредителей для других территорий ("реципиентов").
"Донорами" могут выступать страны, в которых ведется активное производство товаров, в том числе растительного происхождения, на экспорт (например, Китай). А вот "реципиентами" в таком случае будут страны, с которыми у поставщика налажены тесные коммерческие связи (например, Россия или страны Европы, поддерживающие с Китаем торговые отношения)", - пояснили в СФУ.
Там также отметили, что "реципиенты" чрезвычайно уязвимы - у них повышен риск получить вредоносных агентов вместе с посадочным материалом и продукцией из дерева, что может нанести серьезный урон экологическому равновесию.
Рабочая группа ученых предложила создавать дозорные плантации двух типов, в зависимости от региона происхождения посадочного материала. Так, в первом случае, как пояснили в СФУ, на дозорных плантациях высаживают местные по происхождению виды деревьев, родные для страны - "донора", а также виды, которые имеют экономическую ценность. Как правило, такие растения идут на экспорт в другие регионы/страны для озеленения и ландшафтного дизайна.
"Примером могут служить восточно-азиатские декоративные растения для посадок в садах, а также бонсаи. Нужно разумно планировать такие дозорные посадки, подбирая виды деревьев, которые могут представлять интерес для экспорта, чтобы эффективно выявлять местных вредителей, которые могут приехать в страну -"реципиент" со своим привычным растением-хозяином", - уточнили в вузе.
Еще один вариант решения проблемы - посадки саженцев или взрослых растений за пределами их естественного ареала. Если высадить такие деревья в регионах, где они чужаки, то они привлекут внимание местных вредоносных организмов. Деревья-новички не имеют с местными вредителями общей истории сосуществования и не умеют им противостоять.
"Своевременная диагностика помогла бы избежать экологической катастрофы, которая случилась на Российском Кавказе, где сейчас гибнут целые самшитовые рощи эндемичного вида самшита колхидского (произрастающего только на Кавказе). Если бы несколько лет назад протестировали на устойчивость к китайским вредителям кавказские и европейские виды самшитов на дозорных плантациях Китая, удалось бы установить, что самшитовая огневка (бабочка из семейства огневок-травянок) опасна для этих видов растений. А вот своим родным китайским растениям-хозяевам этот вид не доставляет значительных проблем - китайские самшиты к нему менее восприимчивы", - отметила одна из соавторов исследования, старший научный сотрудник Института экологии и географии Сибирского федерального университета и Института леса им. В. Н. Сукачева ФИЦ КНЦ СО РАН Наталья Кириченко.
Она также отметила, что огневка вредит не только на Кавказе. Насекомое массово "оголяет" самшиты в Европе. И после его атак у деревьев нет шансов выжить.
"А самшиты, между тем, одно из важнейших растений для создания живых изгородей в садах и парках (в том числе, дворцовых) по всей Европе", - заметила Кириченко.
Исследователь сообщила, что самый простой пример дозорных плантаций второго вида - ботанические сады и дендрарии. В них собрано большое количество неместных видов деревьев, которые могут быть "мишенями" для местных вредителей, ищущих новые кормовые растения.
В СФУ отметили, что авторы исследования разработали универсальные протоколы, которые позволят эффективно выявлять виды вредителей и возбудителей заболеваний, переключающиеся с местных растений на те, которые были внедрены в среду как своеобразные "мишени". В них поэтапно описаны все шаги от поиска и обнаружения потенциально вредоносных видов членистоногих (насекомых, растительноядных клещей и т. п.) и фитопатогенов до их идентификации с применением методов морфологии и молекулярной генетики.
Вместе с тем, ученые разработали рекомендации по применению разработанной ими системы дозорных плантаций и протоколов раннего выявления потенциальных вредителей и возбудителей болезней растений.