Восстановление и охрана естественных местообитаний насекомоядных растений
Современная эпоха охраны окружающей среды началась только в конце XIX столетия с основания национальных парков. Защита оставшихся на Земле природных местообитаний продолжает оставаться жизненно важной проблемой. Сбор в природной обстановке представляет особую опасность для многих групп растений.
Всегда считалось модным выращивать растения из влажных джунглей или с туманных горных склонов. Число причудливых суккулентов, экзотических орхидей, в том числе и насекомоядных растений, собранных на продажу в природных местообитаниях, увеличилось по мере того, как возросла их популярность. Первозданная красота многих редких растений делает их уязвимыми. Многие растения, перед которыми стоит угроза чрезмерного сбора в природе, трудно размножаются, или же у них уходит много времени на то, чтобы прорасти и достичь пригодного для продажи растения.
В настоящее время также существует угроза исчезновения насекомоядных растений. Сокращение их местообитаний, осушение почв для сельскохозяйственных нужд и эрозия играют отрицательную роль, а изменение в использовании земель открывают доступ на данные территории заносных растений.
Сохранившиеся популяции находятся в опасности слишком интенсивного сбора растений. Местообитания насекомоядных растений характеризуются низким плодородием почвы, поэтому их часто используют для выпаса скота, предварительно осушив их. Деревья и кустарники вырубают или выжигают, что приводит к возникновению у них болезней, а в конечном счете – к гибели. При охране естественных местообитаний следует уделять двум проблемам – это контроль развития заносных растений и сохранение уровня грунтовых вод.
В некоторых частях ареала сильно сократились популяции некоторых насекомоядных растений, в частности росянки круглолистной, вследствие осушения болот и заготовок торфа. Торфяные болота формируются в течение миллионов лет. Живые болота сильно увлажнены, характеризуются кислой средой и очень бедны питательными веществами, в связи с чем только очень специализированные растения могут выжить в таких условиях, например, виды росянок и сфагнового мха. После заготовки торфа болото пересыхает, живая флора начинает погибать.
Огромное беспокойство вызывает разрушение местообитаний нескольких видов непентесов вследствие проведения лесозаготовок и лесных пожаров. Это привело к практически полному вымиранию некоторых видов. Несколько видов оказались устойчивы к подобному воздействию и прекрасно развиваются во вторичном лесу, тогда как другие виды чувствительны к малейшему беспокойству среды. Вытаптывание и сбор растений оказывает пагубное влияние на их популяции.
В Ботаническом саду в Атланте собрана одна из крупнейших мировых коллекций насекомоядных растений, а также ведется активная работа по восстановлению и охране их местообитаний. Миллионы растений хищников ежегодно размножают в искусственных условиях, но растения по-прежнему продолжают выкапывать из естественных условий, что является серьезной проблемой. Коммерческое выращивание растений, размноженных в искусственных условиях, осуществляется огромными питомниками, расположенными преимущественно в США и в Нидерландах. Эти питомники стараются ориентироваться на выращивании, наверное, наиболее популярного насекомоядного растения – венериной мухоловки.
К сожалению, широкая известность этого растения отчасти вызвала сокращение его численности. Этот вид можно легко размножить в больших количествах, что снимает необходимость сбора растений в природе. Растения венериной мухоловки часто можно получить в садовых центрах в пробирках для микроразмножения вместе с инструкцией по переносу их в грунт. Многие яркоокрашенные культивары размножают таким же образом.
Микроразмножение – выращивание растений из семян или кусочков ткани в стерильных условиях на богатой питательной среде – позволило ботаническим садам увеличить запасы многих редких и находящихся под угрозой исчезновения видов. Согласно новейшей методике культивирования тканей выращиваются крошечные кусочки соматической ткани (обычной ткани листа или стебля, в которой клетки в нормальных условиях не делятся). Фрагменты ткани обрабатывают сигнальными химическими веществами, что приводит к образованию похожих на зародыш структур без необходимости полового размножения. Из 1 г ткани может получиться тысячи таких соматических зародышей. Эта методика применяется для спасения находящихся в крайней опасности многих редких растений, в том числе и насекомоядных.
Способы сохранения и восстановления видового разнообразия
Возрастание масштабов практически неуправляемого разрушения природных комплексов, местообитаний видов растений и животных ведет, как мы это уже обсуждали, к снижению численности все большего числа видов до критического уровня, обрекая их на исчезновение. Количество известных науке видов высших растений превышает 600 тысяч, а животных — 2 миллиона. Общее количество видов животных, по расчетам на основе специальных экспериментов с частотой встречаемости новых видов, составляет, по-видимому, не менее 10, а может быть и 30 миллионов. При этом значительная, если не большая, часть видов таких многочисленных и разнообразных классов, как круглые черви, паукообразные и насекомые, особенно обитатели все еще недостаточно изученных тропических лесов, до сих пор не описаны и остаются неизвестными науке. Поэтому речь идет о необходимости предотвращения вымирания сотен тысяч и миллионов видов.
Очевидно что наиболее целесообразно сохранение достаточно больших, богатых видами экосистем, в составе которых сохранятся и все входящие в них виды. Это — генеральная линия в борьбе за сохранение видового разнообразия жизни — создание территорий, на которых частично или полностью запрещается хозяйственная деятельность, а присутствие людей ограничивается штатом охраны и исследователей. Такие территории называют заповедниками. Возможны более «мягкие» формы охраны, при которых разрешаются одни формы деятельности, например сельское хозяйство, и запрещаются другие — охота, рыбная ловля, лесозаготовки. Такие территории с ограниченным хозяйственным использованием называют заказниками. В мире существует достаточное разнообразие форм охраны природных комплексов, но только заповедники со строгим режимом охраны являются истинными резерватами видов дикой природы.
По расчетам, сделанным разными авторами, остановить катастрофическое вымирание видов, создавая новые заповедники, можно, если полностью изъять из хозяйственного использования и перевести на режим строгой охраны от 30 до 40% территории суши.
Конечно, заповедники должны охватывать все почвенно-климатические зоны и создаваться прежде всего в наиболее населенных странах и регионах, где природа испытывает особенно сильное давление цивилизации и где особенно велико число видов, находящихся под угрозой. Очевидно, что в ближайшие десятилетия человечество еще не сумеет «поделить» Землю с дикой природой и необходимые площади не удастся сделать заповедными.
Еще одна возможность сохранения редких видов заключается в увеличении числа зоопарков и ботанических садов, разведении исчезающих видов в условиях неволи с последующим возвращением размножившегося вида в природную среду. Есть много примеров успешного сохранения отдельных видов таким способом. Например, европейский зубр, к началу 30-х годов сохранившийся только в неволе, был успешно размножен в заповедниках при полувольном содержании и затем выпущен в природу. При этом, поскольку для восстановления вида использовали скрещивание с близким видом — американским бизоном, было получено достаточное количество «нечистокровных» зубров, составивших основу стада зубров Кавказского заповедника. «Чистокровные» зубры живут теперь в Беловежской Пуще, Окском и Приокско-Террасном заповедниках. Их численность превысила критическую, хотя генетические последствия этапа, на котором неизбежным было близкородственное скрещивание, все еще обнаруживаются, и это требует продолжения селекционной работы.
Задача сохранения в неволе и размножения редких видов животных — главная в деятельности основанного Джералдом Даррелом зоопарка на острове Джерси. Ряд программ по размножению в неволе редких видов животных с задачей последующего их возвращения в природу реализуется как в отдельных странах, так и учеными нескольких стран на своей территории. Такова русско-американская программа «Стерх», работая по которой, русские и американские зоологи в ежегодных экспедициях в тундру, в места гнездования этих прекрасных редких птиц, белых журавлей, собирают яйца в гнездах, где их отложено по два, хотя стерхи выкармливают только одного птенца. Яйца затем доставляют в специальный журавлиный питомник Окского заповедника, где в инкубаторе выводят птенцов, затем их выкармливают с тем, чтобы создать в питомнике размножающуюся полувольную популяцию и тем самым сохранить вид с перспективой его возвращения в природу.
Такая работа по каждому виду требует больших трудовых и финансовых затрат, поэтому программами спасения охватывается очень небольшое число видов, обычно крупных, хорошо заметных и чем-то привлекательных или символичных для человека зверей и птиц. Но не только финансовые затруднения не позволяют рассчитывать на этот метод, как на основной для большого числа видов. Необходимо получение популяции, состоящей из сотен и даже тысяч особей — это нужно, чтобы при возвращении вида в природу его численность была выше минимальной, иначе вид сразу же снова попадет в категорию исчезающих. Это требует отведения под питомники значительных территорий, и тут возникает та же сложность, что с заповедниками. Возможность одновременной работы с очень ограниченным числом видов диктует необходимость иметь в каком-то количестве животных исчезающих видов под контролем, например в условиях содержания в зоопарке, чтобы в порядке очередности, устанавливаемой по многим признакам, вид за видом размножать в питомниках и возвращать в природу. Однако в малочисленной популяции вид может просуществовать лишь ограниченное, не более 10-20, число поколений.
Простая передержка в зоопарках нескольких пар, время от времени дающих немногочисленное потомство, не может решить проблему сохранения вида. Она просто продлевает «агонию вида», удерживая в течение нескольких поколений численность на уровне ниже критического, причем неизбежно возникающий инбридинг, или близкородственное скрещивание, ведет к накоплению генетических дефектов и снижает жизненность потомства. Широко практикуемый обмен производителями между зоопарками лишь продлевает срок «доживания» вида, и только интенсивное размножение в питомнике при полувольном содержании, как это было сделано с зубром, может дать виду шанс на выживание. Тем не менее эта деятельность, которой многие энтузиасты посвящают всю свою жизнь, совершенно необходима: пока живы хотя бы несколько представителей исчезающего вида, сохраняется надежда на то, что на их основе удастся восстановить вид.
Не контролируемый естественным отбором дрейф генов и отрицательные последствия инбридинга в той же мере, что животным в зоопарке, свойственны растениям в ботанических садах, если они там размножаются в течение нескольких поколений. Во всех случаях длительного содержания в малочисленных популяциях заметно обедняется резерв наследственной изменчивости вида, что может потребовать для каждого вида перед его возвращением в природу проводить специальную работу по увеличению генетического разнообразия.
Даже если, с учетом всех сложностей, связанных с сохранением видов в заповедниках, зоопарках, ботанических садах и специальных питомниках, вести эту работу с предельной интенсивностью, очевидно, она не сможет охватить тысячи видов, которые нужно сохранить, чтобы не потерять навсегда возможность восстановления оптимальной для человека природной среды. Кроме того, для возвращения вида в природу необходимое условие успеха — ликвидация причин, вызвавших роковое снижение его численности. В большинстве случаев, как мы уже знаем, эта причина — разрушение местообитаний. Следовательно, нужно пытаться сохранить возможность восстановления вида, обреченного на исчезновение, до тех пор, пока не сложатся условия для восстановления пригодных для этого вида местообитаний.
«Последняя линия обороны» в борьбе с уменьшением видового разнообразия жизни на Земле — генетические криобанки, создание которых только начинается. Еще в начале XX века, вскоре после того, как в технике научились получать сжиженные газы с очень низкими температурами кипения, было обнаружено, что многие семена растений и даже некоторые животные, такие как тихоходки, приспособленные к высушиванию, не теряют жизнеспособности после замораживания в жидком азоте при температуре -196 градусов. Возникла новая отрасль биологии, которая исследует воздействие на живые клетки, ткани и организмы низких и сверхнизких температур, — криобиология. Выяснилось, что главной причиной гибели клеток при замораживании оказывается разрушение клеточных структур растущими в клеточных и межклеточных жидкостях кристалликами льда. Были найдены естественные и искусственные криопротекто-ры — вещества, влияющие на кристаллообразование льда в цитоплазме и предотвращающие таким образом образование крупных кристаллов, разрушающих клеточные структуры.
С 1949 года криоконсервацию стали использовать на практике для сохранения семенной жидкости наиболее ценных быков-производителей и широкого использования метода искусственного оплодотворения коров для улучшения породных показателей стада. С 1980 года начались работы по применению метода криоконсервации для сохранения генетических материалов редких и исчезающих видов животных и растений. Теперь уже в генетических криобанках удается сохранять сперму большинства видов животных, зародыши и некоторые соматические клетки в виде замороженных культур, семена большинства видов растений. Преимущество криобанков в том, что при температуре жидкого азота практически исключаются мутации в молекулах ДНК под действием теплового шума, поэтому генетические материалы могут храниться без нарушений в течение десятков и сотен лет, а при защите от радиоактивного фона и космических лучей — до 3 тысяч лет. Кроме того, емкость криохранилищ может быть легко увеличена по мере увеличения количества сохраняемых образцов.
Вместе с тем криобанк не снимает проблем предварительного размножения сохраняемых видов после восстановления живых растений и животных. Перед возвращением восстановленного из материалов криобанка вида в природу необходимо получить под контролем человека достаточно многочисленную популяцию, а для этого нужны питомники и прохождение этапа полувольного содержания. Просто наличие генетических материалов того или иного вида в криобанке позволяет заняться его восстановлением в любой необходимый или наиболее удобный момент с использованием оптимальных методов и без угрозы вырождения малочисленной популяции.
Для разумной организации работ по восстановлению видов важно ясное понимание не только значения, но и биологического смысла биоразнообразия. Различают биоразнообразие таксономическое, экологическое и генетическое. Таксономическое разнообразие выражается перечнем (списком) видов, обитающих на той или иной территории, и отражает как эволюционную историю видов, так и современные экологические условия территории. Роль последних отражается в экологическом разнообразии, учитывающем соотношение численностей близких и далеких по требованиям к условиям среды видов или групп видов, позволяя отличать территории благоприятные для увеличения таксономического разнообразия и неблагоприятные. Понятие генетического разнообразия относится к отдельным видам или популяциям и выражается объемом аллелофонда (резерва наследственной изменчивости), который, как мы уже обсуждали, определяет приспособительные и эволюционные возможности вида. Очевидно, все эти ипостаси биологического разнообразия взаимосвязаны и должны учитываться при организации работ.
Таким образом, задача сохранения видового разнообразия может быть решена, по-видимому, при одновременном использовании всех перечисленных методов. Ясно, что ее решение будет тем легче и надежнее, чем больше видов удастся сохранить в природных ландшафтных комплексах, включающих наряду с хозяйственными объектами те или иные элементы природной среды. Сюда относятся зеленые насаждения городов и пригородные зоны отдыха, лесные участки между сельскохозяйственными угодьями, занимающие, как правило, овраги, заболоченные и другие неудобные участки, лесопромышленные территории. Особую ценность в этом отношении имеют полезащитные лесные полосы, которые не только защищают почву полей от ветровой эрозии и улучшают ее водный режим, но и служат местом размножения многих видов хищных насекомых, естественных врагов растительноядных насекомых и клещей — вредителей сельского хозяйства, а также многих насекомоядных птиц, часть которых, например скворец, дрозд-рябинник и многие другие, гнездятся в лесу или на опушках, а корм собирают на полянах, лугах и в полях. Такие лесные полосы и «острова» леса среди полей дают приют не только множеству насекомых и птиц, но и зайцам, лисам, горностаям, кабану, лосю и множеству других зверей. Важно, чтобы такие вкрапления лесных участков в массивы полей были не слишком удалены друг от друга, чтобы популяции обитающих в них животных не оказались полностью изолированными и их общая численность не падала из-за этого до критического уровня.
Пока трудно дать надежную количественную оценку вклада таких участков переживания элементов дикой природы, естественных экосистем, на эксплуатируемых территориях. Можно лишь констатировать, что значительная часть видового разнообразия, свойственного, например листопадным лесам, сохраняется, когда лесными участками занято еще около 20% территории. Конечно, охрана таких участков от браконьерства, вытаптывания отдыхающими, перевыпаса скота и других воздействий человека не может быть организована так, как это можно сделать в заповедниках. Состояние таких лесных участков в наибольшей степени зависит от отношения к природе самых широких слоев населения, служит косвенным показателем уровня культуры и гражданского сознания людей.
При достаточно бережном отношении к диким животным многие из них оказываются способными жить рядом с человеком. Например, один из лучших пернатых певцов наших лесов, черный дрозд, у нас еще живущий в наиболее глухих, мало посещаемых людьми лесах, во многих странах Европы уже стал типичной птицей городских парков. Бобры в Канаде в последние годы стали охотно селиться на речках вблизи городов, где запрещена охота.
Разработка норм и принципов землепользования, при которых оптимально сочетаются интересы хозяйственного использования земель и сохранения видового разнообразия исходных ландшафтных комплексов различных территорий — одна из важнейших задач, решение которых необходимо для обеспечения благополучного будущего людей на Земле и в каждой стране.
Извечная проблема взаимоотношения между природой и человеком в век научно-технической революции приобретает особую остроту. Население Земли уже превысило 4 миллиарда человек, а бурное развитие науки и техники вооружило человека громадными возможностями воздействия на природу. Достаточно сказать, что по дорогам мира «бегает» более 270 миллионов автомобилей, засоряя тяжелыми металлами окружающую среду, на вскрышных рудных разработках трудятся шагающие экскаваторы, с ковшом емкостью в сто кубических метров, созданы тысячи искусственных водохранилищ с зеркалом воды, в несколько раз превышающим площадь Каспийского моря, леса мира сократились на 48%, на каждый гектар сельскохозяйственных угодий в среднем выкладывается более 400 г ядохимикатов, нарушающих естественную жизнь природных комплексов, гармоническую систему, сложившуюся в природе за миллионы лет эволюционного развития, где, по выражению Ф. Энгельса, «все взаимосвязано и взаимно определено».
Выводя из природной системы какой-либо один компонент или резко сокращая его воздействие на другие компоненты, мы неизменно нарушаем экологическую систему, нарушаем динамическое равновесие, на что природа реагирует весьма болезненно. В целом ряде районов мира природа тяжело больна, ее постоянно лихорадит, а нередко возникают и кризисные ситуации, влекущие за собой необычные разливы, затопляющие пахотные земли, деревни и города и приносящие народам тяжелые бедствия; пыльные бури, уносящие плодородный слой почвы, на образование которого ушли тысячелетия; засухи, губящие сельскохозяйственные растения, скот, диких животных и превращающие цветущие территории в безлюдные пустыни. Чаще, чем прежде, наблюдаются необычные морозы, приводящие к гибели плодовые растения, с большим трудом продвинутые, человеком из оптимальных условий их обитания на север, и т. д. и т. п. Идет засорение природы и из-за частного владения природными ресурсами. Достаточно напомнить о судьбе озера Эри в США площадью в 25 тыс. кв. км, загрязненного сбросами неочищенных отходов от 350 предприятий, расположенных по его берегам, и крупнейшей автомобильной агломерации Детройта. Вот что пишет об озере- Эри американский эколог Барри Коммунер (1971): «Огромные массы разлагающейся рыбы и водорослей покрывают берег. … Биологический баланс озера Эри нарушен, и если озеро еще пока не погибло, то во всяком случае оно поражено смертельным недугом».
В Ментонском обращении, направленном в Организацию Объединенных Наций 11 мая 1971 г., крупнейшие умы современности, лауреаты Нобелевских премий, создатели новых направлений в науке, академики предупреждали, что на земле существует хрупкое равновесие физических и биологических явлений, нарушение которого может поставить под угрозу будущую жизнь на нашей планете. Такое авторитетное суждение не могло не обратить внимания ООН на эту проблему, и в 1972 г. в Стокгольме была проведена первая всемирная конференция по охране окружающей среды. Эта конференция подтвердила срочность решения проблемы нормализации отношений между человеком и природой. Знаменитый норвежский путешественник и ученый Тур Хейердал, делавший доклад о загрязнении Мирового океана, писал: «До самого горизонта поверхность моря оскверняли черные комки мазута с булавочную головку, с горошину, даже с картофелину. …Дрейф длился 57 дней, из них 43 дня мы вылавливали сетью комки мазута».
На этой конференции впервые был проведен научный анализ состояния природной среды в результате далеко не всегда разумной деятельности человека и подчеркнуто, что если загрязнение биосферы пойдет такими темпами, то будущее существование человечества будет поставлено под сомнение.
Организация Объединенных Наций в 1973 г. создает специальную программу ЮНЕП (United Nations Environment Programme), проводящую большие работы по изучению состояния природной среды в разных странах мира. Активизирует свою деятельность Международный союз охраны природы (МСОП — International union for conservation of Nature and natural resources), созданный по инициативе ряда ученых в 1948 г. при поддержке ЮНЕСКО, специального органа, ведающего культурой, образованием и наукой Организации Объединенных Наций.
Во многих странах создаются общественные организации по охране природы, в ряде стран они находят широкую поддержку правительств. Самой массовой общественной организацией в мире по охране природы, несомненно, является Всероссийское общество охраны природы, созданное в 1924 г. и насчитывающее сейчас более 30 миллионов членов. Это общество ведет большую работу по пропаганде идей охраны природы среди широких слоен населения, оказывает большую помощь в проведении государственных мероприятий по охране природы.
II. Профилактические мероприятия
9. Профилактические мероприятия направлены на повышение устойчивости лесов и предотвращение неблагоприятных воздействий на леса.
10. Профилактические мероприятия проводятся с целью предотвращения формирования очагов вредных лесных организмов и (или) с целью предотвращения нанесения ущерба лесам вредными лесными организмами и осуществляются как на постоянной основе в течение ряда лет, так и в течение одного – двух лет.
11. Профилактические мероприятия планируются на основании прогноза развития вспышек массового размножения вредных лесных организмов в лесах, в которых прогнозируется формирование очагов, или в случае, когда применение иных мер защиты леса запрещено федеральными законами.
Результаты планирования профилактических мероприятий отражаются в лесном плане субъекта Российской Федерации, лесохозяйственных регламентах и проектах освоения лесов.
12. Основанием для назначения профилактических мероприятий являются результаты лесопатологических обследований (далее – ЛПО).
13. Профилактические мероприятия подразделяются на лесохозяйственные и биотехнические.
14. К профилактическим лесохозяйственным мероприятиям относятся:
а) использование удобрений и минеральных добавок для повышения устойчивости лесных насаждений в неблагоприятные периоды (засуха, повреждение насекомыми);
б) лечение деревьев;
в) применение пестицидов и биологических средств защиты леса для предотвращения появления очагов вредных организмов.
15. Лечение деревьев осуществляется в первую очередь на лесных участках, предоставленных для осуществления рекреационной деятельности. Лечение деревьев заключается в обрезке отдельных усыхающих и поврежденных ветвей, удалении плодовых тел дереворазрушающих грибов, лечении ран, санации дупел.
16. Применение пестицидов и биологических средств защиты леса, в том числе способом внутристволового инъектирования деревьев, для предотвращения появления очагов вредных организмов в первую очередь производится на участках ценных лесов, объектах лесного семеноводства, в питомниках, лесах, расположенных вблизи населенных пунктов, на основании прогнозных данных на начальной фазе развития очага вредного организма. При этом не допускается использование пестицидов, которые не внесены в Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, действующий на период проведения мероприятий (далее – пестициды).
17. Внутристволовое инъектирование деревьев осуществляется с целью снижения численности стволовых вредителей, гнилевых, сосудистых и иных болезней с использованием пестицидов и регламентов их применения.
18. Профилактическими биотехническими мероприятиями являются:
а) улучшение условий обитания и размножения насекомоядных птиц и других насекомоядных животных;
б) охрана местообитаний, выпуск, расселение и интродукция насекомых-энтомофагов;
в) посев травянистых нектароносных растений;
г) использование феромонов.
19. Улучшение условий обитания и размножения насекомоядных птиц и других насекомоядных животных заключается в их охране, посадке деревьев и кустарников для гнездования, развешивании скворечников и дуплянок, подкормке, посадке ремиз (полос или куртин из древесных или кустарниковых растений, служащих местами укрытия и кормления полезных птиц), сохранении и создании в лесу источников воды.
20. Охрана местообитаний насекомых-энтомофагов заключается в создании условий, способствующих поддержанию численности природных популяций энтомофагов в конкретных участках леса, а также обеспечивающих их сохранение и накопление.
21. Использование энтомофагов в качестве средства профилактики формирования очагов и (или) предотвращения нанесения ущерба лесам осуществляется следующими методами:
а) выпуск энтомофагов (метод сезонной колонизации) – лабораторное разведение и выпуск накопленного запаса энтомофагов на лесных участках;
б) расселение энтомофагов (внутриареальное расселение) – массовое переселение специализированных паразитов и хищников (олигофагов), возбудителей заболеваний из старых очагов вредных организмов во вновь возникающие очаги в пределах зоны, где эти естественные враги отсутствуют или еще не накопились.
в) интродукция энтомофагов – изыскание эффективных естественных врагов на родине вредителя и их последующее переселение (акклиматизация) в новые районы.
22. Посев травянистых нектароносных растений производится в непосредственной близости от лесотаксационных выделов или их частей, на которых возникают очаги вредных насекомых, или по опушкам этих лесотаксационных выделов или их частей.
23. Использование феромонов необходимо для раннего выявления очагов, отслеживания динамики численности популяций вредителей, а в определенных случаях – и для их истребления путем массового отлова, а также для определения сроков проведения защитных мероприятий и оценки их эффективности.
Восстановление и охрана естественных местообитаний насекомоядных растений
Охрана природы и защита растений (ЧЕРНЫШЕВ В.Б. , 1999), БИОЛОГИЯ
Анализ взаимообмена между биотопами членистоногих-вредителей, а также сдерживающих их размножение хищников и паразитов показывает, что в принципе возможна защита растений без использования ядохимикатов, наносящих ущерб природе и здоровью человека. Однако для этого необходимо бережное отношение к естественным биотопам, которое может быть воспитано школой.
И ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ
Московский государственный университет
им. М.В. Ломоносова
Химическая защита растений – источник серьезнейшего загрязнения местности, воды и пищевых продуктов. С этим приходится мириться только потому, что от вредителей, болезней и сорняков может пропасть значительная часть урожая. Современная защита растений обладает большим арсеналом средств, включающим также биологический, агротехнический, генетический методы, селекцию устойчивых к повреждениям сортов растений и многое другое. Однако принято считать, что без наиболее надежного и дающего быстрый результат химического метода невозможно обойтись.
На самом деле вполне реально полностью отказаться от использования химических средств защиты растений от членистоногих. Однако для этого необходимо пересмотреть основные принципы защиты растений с точки зрения современной экологии. Численность насекомых и клещей, вредящих сельскохозяйственным растениям, может быть существенно сокращена хищниками (различными хищными насекомыми, клещами, пауками, а также птицами и млекопитающими). Не меньшее значение имеют уничтожающие вредителей паразитические перепончатокрылые и двукрылые. Все или почти все эти энтомофаги исходно базируются за пределами поля: на обочинах, около дренажных канав, на лесных опушках и полянах. Поэтому без охраны природы подобная защита растений вообще невозможна. Должен быть приведен в порядок весь ландшафт в целом, все места обитания, что немыслимо без радикального изменения психологии всего населения.
ХИМИЧЕСКАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ
В практике защиты растений чаще всего применяются химические методы. Однако именно ядохимикаты являются одними из важнейших загрязнителей природной среды, которые приводят к ее деградации. Они же попадают в питьевую воду и пищевые продукты, в результате чего страдает здоровье людей [4]. Кроме того, от ядохимикатов практически всегда погибают в первую очередь паразиты и хищники, после чего о каком-либо естественном регулировании численности вредителей на поле уже говорить не приходится. Без пресса естественных врагов вредители быстро восстанавливают свою численность и возникает необходимость многократно опылять или опрыскивать поле ядовитыми веществами.
Биологические средства защиты растений, безусловно, менее опасны для природы, но не очень надежны и обычно требуют высокой квалификации исполнителей. Кроме того, они тоже могут снижать биоразнообразие и нарушать природный баланс как на самом поле, так и в окружающих поле биотопах (соседнее поле, лес, болота). Например, на практике для защиты полей от капустной совки, кукурузного мотылька и других вредителей широко применяют массовый выпуск разведенного на биофабрике наездника-яйцееда трихограммы. Этот наездник, однако, несомненно, уничтожает как на поле, так и за его пределами яйца бабочек, часто не имеющих никакого отношения к сельскохозяйственным растениям. Эти бабочки являются исходной пищей для хищников и паразитов, которые могли бы в дальнейшем регулировать и численность вредителей на поле.
Различные методы объединяются (интегрируются) в единую систему защиты какой-либо сельскохозяйственной культуры от всего комплекса вредителей и болезней. При такой защите растений проводят регулярный учет численности (мониторинг) всех вредных организмов. Истребительные меры применяют только в том случае, если эта численность превышает определенный уровень, так называемый экономический порог вредоносности. В итоге пестициды используют только тогда, когда возникает существенная угроза урожаю. Так достигаются одновременно и экономия средств, которые надо было бы затратить на покупку и применение ядохимикатов, и существенное сокращение пестицидной нагрузки на местность. Это большой шаг вперед, но все же основным и решающим способом сохранения урожая является применение ядохимикатов со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Итак, интегрированная защита растений, с одной стороны, включает в себя мероприятия, направленные на повышение устойчивости агроэкосистемы, например привлечение естественных паразитов и хищников на поле. С другой – она предусматривает использование самых жестких способов уничтожения вредителей, чаще всего химическими, а иногда и биологическими средствами, приводящими к дестабилизации всей агроэкосистемы, особенно комплекса членистоногих.
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ПОРОГ ВРЕДОНОСНОСТИ
Использование экономических порогов вредоносности существенно сокращает пестицидную нагрузку на местность и, избавляя от профилактических химических обработок, снижает расходы на сельскохозяйственное производство. Однако численность вредителя на уровне экономического порога вредоносности во многих случаях столь высока, что имеющиеся в природе хищники и паразиты не могут ее заметно снизить. Так называемое ускользание численности вредителя из-под контроля естественных энтомофагов уже произошло, и спасти урожай может теперь только применение химических препаратов. Не проще вместо того, чтобы тушить пожар, не дать ему разгореться? В принципе можно, постоянно контролируя численность вредителя и его паразитов и хищников, заранее предсказать опасную ситуацию и принять меры, которые помогли бы энтомофагам сохранить устойчивость агроэкосистемы, не дать возможности вредителю размножиться в массе.
УСТОЙЧИВОСТЬ АГРОЭКОСИСТЕМЫ, ВОЗМОЖНА ЛИ ОНА
При разработке интегрированной защиты растений не рассматривается, понижает или повышает тот или иной метод общую устойчивость агроэкосистемы, влияет ли этот метод на способность комплекса членистоногих автоматически регулировать численность входящих в него видов. Такой подход объясняется весьма распространенным и, несомненно, ложным представлением, что естественная устойчивость агроэкосистемы, основанной, как правило, на монокультуре сельскохозяйственного растения, может быть только очень низкой и ее не следует принимать во внимание. В некоторых распространенных на Западе компьютерных моделях защиты растений роль естественных хищников и паразитов вообще игнорируется.
Опыт работы энтомологов показывает, что эта точка зрения во многих случаях ошибочна. Агроэкосистема может быть устойчивой и сама не допускать массового размножения вредителей-фитофагов благодаря паразитам и хищникам, постоянно обитающим на поле или заселяющим его извне. В бывшем СССР, а сейчас в странах СНГ таким естественным энтомофагам всегда уделяли значительно большее внимание, чем за рубежом [1]. Были разработаны “уровни эффективности естественных врагов”, согласно которым при достаточном количестве хищников и паразитов экономические пороги вредоносности существенно повышаются. А может быть, реально создать такой интенсивный приток на поле естественных паразитов и хищников, что истребительные меры для уничтожения вредителей вообще не понадобятся?
В этом отношении исключительно важен современный ландшафтный подход к защите растений, согласно которому формирование агроэкосистемы определяется ландшафтом в целом [2]. Поле не представляет собой что-то изолированное, на него постоянно поступают новые членистоногие из других биотопов. В то же время и само оно является источником как вредных, так и полезных членистоногих для всего ландшафта.
Предлагаемая нами экологическая защита растений на первый взгляд представляет собой дальнейшее развитие интегрированной системы (в ее русском варианте). Она является ландшафтной, особое значение придается естественным энтомофагам, а также многим другим агентам биометода. В ней используют такие достижения интегрированной системы, как комплексы агротехнических мероприятий, селекция устойчивых растений. Однако экологическая система принципиально отличается от интегрированной. Во-первых, она полностью направлена на сохранение и поддержание естественной устойчивости агроэкосистемы и исключает любые меры, снижающие эту устойчивость. Во-вторых, такая защита на основании прогнозов численности вредителей и их основных врагов предусматривает дополнительные меры, которые повышают способность агроэкосистемы к саморегулированию, не дожидаясь, когда уровень численности вредителя достигнет экономического порога вредоносности.
Согласно принципам экологической системы защиты растений, большое количество вредителей в поле – сигнал неблагополучия всего ландшафта в целом и необходимости природоохранных мероприятий. Они, конечно, сложнее, чем применение пестицидов, но их эффект является более многогранным, чем только сохранение урожая, и остается надолго. Фактический переход от интегрированной системы к экологической начался с введения в практику “уровней эффективности естественных врагов”. Очевидно, можно было бы обойтись и без химических обработок, если научиться поддерживать численность естественных энтомофагов на достаточно высоком уровне.
Проведенные нами исследования показывают, что комплекс членистоногих на поле возникает из трех источников.
Во-первых, это некоторые членистоногие, постоянно обитающие на поле и легко переносящие его распахивание. К их числу относятся прежде всего почвообитающие вредители и энтомофаги, например некоторые жужелицы. Перезимовка на поле доступна лишь немногим видам. Если не производили обработку пестицидами, поле всегда обеспечено этим компонентом.
Во-вторых, многие нелетающие или редко летающие объекты переходят на поле непосредственно из окружающих биотопов, например из лесополос или лесных опушек. К их числу относятся некоторые пауки и жужелицы, то есть очень важные энтомофаги. Если поблизости от поля имеются цветущие растения, паразитические перепончатокрылые находят там дополнительное питание. Следовательно, примыкающие к полю биотопы не должны быть загрязнены или замусорены. Регулярное частичное выкашивание краев лесополос могло бы обеспечить постоянное существование цветущего разнотравья и остановить развитие кустарников. Конечно, миграции этих энтомофагов были бы облегчены при небольших размерах поля или при большом, но вытянутом поле.
В-третьих, значительная часть насекомых прибывает на поле издалека. Масса летающих насекомых пассивно переносится ветром на расстояния в сотни километров. Таковы миграции тлей, мелких растительноядных и хищных клопов, жуков, двукрылых и перепончатокрылых. Наземные части растений заселяются прежде всего за счет этого “пула” насекомых в воздухе. В определенной степени к этой группе принадлежат и более крупные, активно летающие насекомые. Очевидно, что поставщиками вредителей являются прежде всего другие поля, а энтомофагов – гораздо более сбалансированные природные сообщества. Итак, состав и количество насекомых, совершивших посадку на поле, будут определяться ландшафтом в целом.
Какие особенности ландшафта необходимо сохранять для поддержания устойчивости агроэкосистем? По многим наблюдениям, в том числе и нашим, поле заселяют практически только лугово-полевые или же мало специализированные и широко распространенные виды. Насекомые и пауки, связанные с древесно-кустарниковой растительностью, встречаются только на краях поля и в небольшом количестве. Нужно содействовать прежде всего сохранению и процветанию лугово-полевых видов, среди которых больше всего хищников и паразитов. Источниками такой полезной фауны являются заросшие травянистой растительностью края лесополос и лесные опушки. Мы уже отмечали, что без выкашивания они зарастают либо рудеральной (то есть мусорной) растительностью, либо кустарником и численность энтомофагов там резко сокращается. Поскольку большинство насекомых прибывают на поле с дальних расстояний, необходимо обратить внимание на восстановление и поддержание лесных полян. Без выкашивания поляны также зарастают кустарником и крапивой и общее биоразнообразие заметно снижается. Соответственно уменьшается число энтомофагов, способных поддержать стабильность как лесных, так и полевых угодий. Еще одним важным источником энтомофагов может быть посев многолетних трав, например люцерны в южных регионах России. При скашивании таких посевов находящиеся на них часто в изобилии энтомофаги переходят на соседние поля, обеспечивая их естественную устойчивость.
НАРУШЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ АГРОЭКОСИСТЕМЫ
Очевидно, что далеко не во всех случаях естественной устойчивости агроэкосистемы будет достаточно, чтобы сохранить урожай. Монокультура сельскохозяйственного растения на поле, резко снижающая видовое разнообразие членистоногих, а также большие размеры полей и отсутствие поблизости естественных местообитаний, служащих резерватами для хищников и паразитов, или же плохое состояние этих биотопов – все это предпосылки для массового размножения вредителей. Что делать в таких случаях, чтобы не снизить еще больше естественную устойчивость агроэкосистемы?
Прежде всего необходим постоянный контроль за населением членистоногих на поле и вокруг него. Как правило, можно заранее предсказать возможность массового размножения вредителя-фитофага и недостаточное для его сдерживания количество паразитов и хищников. В этом случае целесообразно использовать искусственно разведенных энтомофагов. Однако эта мера должна быть тщательно отработана, чтобы не нанести ущерба естественным паразитам и хищникам, не подорвать их пищевую базу. По-видимому, и некоторые микробиологические препараты могут сократить численность вредителя, не нарушая стабильности агроэкосистемы. Но самое важное при таком искусственном подавлении численности вредителя – не дожидаться, когда этого вредителя будет так много, что его численность превысит экономический порог вредоносности. Надо остановить вспышку массового размножения заранее, когда численность вредителя только начинает возрастать. Тогда и средств защиты растений понадобится немного и естественная устойчивость агроэкосистемы, которая всегда в той или иной степени имеет место, не снизится.
РОЛЬ ШКОЛЫ В ОХРАНЕ ПРИРОДЫ
И ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ
Среди населения распространена пренебрежительная точка зрения на охрану естественных местообитаний. Нам ни разу не приходилось видеть, например, кучи мусора, выброшенные на поля с культурными растениями, но на опушках леса это обычное дело. Пропахать плугом часть опушки леса при развороте трактора или частично залить ее гербицидами или пестицидами не считается особым грехом.
Поэтому необходимо объяснять земледельцам, что все в агроландшафте взаимосвязано, что если обочина поля и является местом выплода некоторых вредителей, то в очень малой степени, зато полезные насекомые, пауки и клещи переходят в массе на поле именно из таких нетронутых человеком мест и они, эти полезные членистоногие, могут в принципе обеспечить сохранение урожая без применения пестицидов. Другое важное дело- это очистка опушек и полян от мусора, уничтожение там сорных и завезенных растений, таких, как гигантский борщевик Сосновского. Поляны и опушки должны быть покрыты естественным разнотравьем, где много цветов, необходимых для большинства полезных насекомых. Наконец, желательно частично выкашивать поляны и опушки. Дело здесь, конечно, не только в сене. Разнотравье можно сохранить только препятствуя зарастанию полян и опушек кустарником и крапивой. К тому же ягод и грибов от такого выкашивания станет больше.
1. Бондаренко Н.В. Биологическая защита растений. 2-е изд. М.: Агропромиздат, 1986. 280 с.
2. Производство экологически безопасной продукции растениеводства: Региональные рекомендации / Под общ. ред. М.С. Соколова, Е.П. Угрюмова. Пущино, 1995. Вып. 1. 412 с.
3. Чернышев В.Б. Экология насекомых. М.: Изд-во МГУ, 1996. 300 с.
4. Яблоков А.В. Ядовитая приправа: Проблемы применения ядохимикатов и пути экологизации сельского хозяйства. М.: Мысль, 1990. 123 с.
Владимир Борисович Чернышев, доктор биологических наук, профессор кафедры энтомологии биологического факультета МГУ. Председатель Московского отделения Русского энтомологического общества. Автор более 200 научных публикаций, в том числе двух монографий и одного учебника для вузов.
Насекомоядные растения
Никого не удивляет то, что птицы ловят мошек, клюют червяков, поедают личинок. Растения питаются иначе: они получают пищу из воздуха и почвы. Растения поглощают, усваивают пищу незаметно для глаза — через лист и корень (см. ст. «Как живет растение»).
Однако среди растений есть и такие, которые поедают мелких рачков, мальков рыб, насекомых. Это — насекомоядные растения. Они очень разнообразны: их насчитывают в различных семействах до 500 видов. Насекомоядные растения встречаются во всех частях света. Несколько видов таких растений произрастает и у нас в Советском Союзе.
На торфяном болоте среди клюквы, голубики, багульника, пушицы, белоуса можно довольно часто встретить росянку, а изредка и жирянку — два типично насекомоядных растения. Обычно они растут непосредственно на кочках торфяного мха сфагнума.
Росянка — небольшое растеньице красновато — зеленой окраски. Самое интересное у росянки — ее листья, распластанные по поверхности мохового покрова. По краям и на верхней стороне пластинки листа расположено около 25 ресничек. По краю листа сидят самые длинные реснички, а в центре листовой пластинки — наиболее короткие. Верхний конец каждой реснички утолщен в виде головки. В утолщении находится желёзка, выделяющая блестящую капельку слизи, похожую на каплю росы; отсюда и название растения — «росянка».
Когда на лист сядет какое-нибудь маленькое насекомое — а его привлекает блеск капельки, похожей на росу — то оно и прилипнет к ресничке. Ресничка вскоре начнет нагибаться к центру пластинки. Минут через 10—20 головка реснички вместе с насекомым достигнет пластинки. Тогда начнут нагибаться сначала соседние реснички, а потом и более отдаленные; раздражение будет передаваться все далее и далее. И часа через 2—3 значительная часть ресничек — а иногда и все они — склонится над пойманной жертвой. Кроме ресничек, обычно приходит в движение и сама пластинка листа. Край ее загибается и прикрывает попавшее в западню насекомое.
Лист росянки покрыт ресничками. Если насекомое сядет на лист, реснички захватывают его, лист загибается. Через несколько дней он разогнется, реснички выпрямятся, а непереваренные остатки насекомого сдует ветер.
Раздражение и последующее движение ресничек может вызвать кусочек мяса или какое-либо другое белковое вещество. Но если положить на лист вещество, не содержащее белка, например кусочек сахара или же просто песчинку, реснички двигаться не будут.
Лист росянки покрыт ресничками. Если насекомое сядет на лист, реснички захватывают его, лист загибается. Через несколько дней он разогнется, реснички выпрямятся, а непереваренные остатки насекомого сдует ветер.Желёзки ресничек выделяют, кроме слизи, особые вещества — ферменты, расщепляющие белки. У росянки ферменты похожи на желудочный сок животных — пепсин. Кроме того, желёзки у росянки выделяют кислоту, которая помогает растению переварить белки.
Когда организм растения всосет переваренную пищу, реснички распрямляются, выделяют капельки слизи и снова готовы ловить насекомых. Весь процесс переваривания и всасывания длится несколько дней — в зависимости от величины насекомого.
Жирянка встречается у нас, как и росянка, на торфяных болотах, но реже. Листья жирянки также распластаны по поверхности мохового покрова, но они значительно крупнее, чем у росянки, и ярко-зеленого цвета. Поверхность пластинки листа покрыта слизью, отчего листья кажутся жирными, отсюда и название растения.
Пузырчатка. Слева в увеличенном виде показан пузырек растения с попавшим в него рачком.
Под микроскопом можно увидеть на срезе листа, что вся поверхность его пластинки усеяна желёзками двух типов: одни из них головчатые, на ножках, напоминающие шляпочные грибы; другие же без ножки — сидячие. Возможно, что желёзки на ножках выделяют пищеварительные соки, а сидячие — всасывают переваренную пищу.
Пищеварительные желёзки на внутренних стенках пузырька пузырчатки (сильно увеличено).
На один квадратный сантиметр листа жирянки приходится до 25 000 желёзок. Они выделяют слизь. Насекомое, прилипшее к листу, вызывает раздражение в желёзках, и они начинают выделять пищеварительные соки (ферменты и кислоту). Для лучшего переваривания пищи у жирянок выработалось еще одно приспособление: когда насекомое попадает на лист, пластинка листа вблизи от этого места медленно загибает свой край, пока не покроет насекомое сверху. У жирянки переваривание пищи и ее всасывание идет быстрее, чем у росянки. Через сутки края листа обычно уже раскручиваются.
Народ уже давно подметил и использовал свойство росянок и жирянок вырабатывать ферменты, переваривающие белок. В Вологодской области, например, очищают глиняные кувшины от остатков молока, выпаривая их в печке отваром из листьев росянки. Фермент росянки разлагает белок молока даже в порах стенок посуды. На Кольском п-ве листья жирянки кладут в парное молоко и получают своеобразный сыр.
Росянку и жирянку можно культивировать и дома. Для этого нужно перенести их с болота вместе с торфяным мхом, на котором они росли, и поместить в широкую банку, или террариум. Сверху банку нужно прикрыть стеклом для поддержания влажной атмосферы, чтобы мох не высыхал и все время был влажным. Банку нужно держать на свету, но в прохладном месте, предохраняя растения от перегрева солнечными лучами.
В болотной воде между кочками торфяного мха и в других стоячих водоемах можно встретить еще одно интересное насекомоядное растение — пузырчатку. Сильно рассеченные листья пузырчатки плавают в воде. Над водой виден лишь стебель с сидящими на нем довольно крупными ярко-желтыми цветками.
Лист пузырчатки в процессе исторического развития растения стал «ловчим» органом. Некоторые его дольки превратились в пузырьки. Каждый пузырек сидит на ножке, внутри он полый. У пузырька есть входное, «ротовое» отверстие, по краям которого расположены жесткие заостренные щетинки. Отверстие прикрыто клапаном, открывающимся лишь внутрь пузырька. На внутренних стенках пузырька находятся многочисленные пищеварительные желёзки.
Личинки насекомых, мелкие рачки, а иногда даже и мальки рыб, спасаясь от преследования, ищут защиты среди щетинок на пузырьке и попадают в его полость. Выйти оттуда им уже не удается — наружу клапан не открывается. Через некоторое время животное, попавшее в пузырек, погибает от удушения или голода и разлагается. Продукты разложения всасываются желёзками растения.
На торфяных болотах в восточной части Северной Америки встречается насекомоядное растение венерина мухоловка. Каждый ее лист поделен на две части.
Нижняя часть, как у всякого листа, служит для воздушного питания растения, верхняя же — ловчий орган. Он состоит из двух подвижных долек, по краям которых расположены острые зубцы. На поверхности каждой дольки сидят три длинные и упругие щетинки. Кроме того, по всей верхней стороне долек рассеяны многочисленные мелкие красные желёзки, как у жирянки.
Стоит только насекомому коснуться хотя бы одной из шести щетинок, как дольки быстро сблизятся, их краевые зубцы зайдут друг за друга — насекомое будет поймано и зажато между двумя дольками ловчего органа. Чем больше двигается, вырываясь, насекомое, тем крепче сжимаются дольки. Одновременно желёзки начинают выделять кислый прозрачный сок. Он содержит ферменты, переваривающие белок. После того как пища переварена и усвоена (это длится от одной до трех недель), дольки расходятся и принимают прежнее положение. Если раздражать щетинки любым предметом (тонкой палочкой, спичкой), дольки захлопнутся. Но в этом случае желёзки не выделяют пищеварительный сок, и дольки скоро раскрываются.
Чрезвычайно интересно насекомоядное растение — непентес, распространенное в тропиках (Мадагаскар, Зондские о-ва). Непентес — эпифитное растение (см. ст. «Тропический лес»), черешки его листьев обвивают ветви растущих рядом деревьев и кустарников. Его ловчие органы — кувшинчики — висят между этими ветвями в воздухе.
Лист непентеса претерпел в процессе эволюции значительные преобразования. У листа непентеса нижняя зеленая часть черешка пластинчатая, расширенная. Она служит растению для воздушного питания. Средняя часть имеет нитевидную форму и выполняет роль усика. Верхняя же часть черешка преобразована в ловчий орган — «кувшин», а пластинка листа — в «крышечку» этого кувшина.
Кувшин и крышечка у многих видов непентеса окрашены в яркие цвета, привлекающие насекомых. Еще большей приманкой для насекомых служит сок (нектар), выделяющийся по краю кувшина, и сильный запах. Длина кувшина у некоторых видов достигает 50 см при диаметре отверстия в 10—12 см. В такие кувшины могут попадать самые крупные насекомые и даже мелкие птицы. С краев кувшина насекомые легко могут переползти на внутреннюю сторону стенки, очень гладкую и скользкую, покрытую восковым налетом. Удержаться на ней невозможно: насекомое соскальзывает вниз и тонет в жидкости, скопившейся в нижней части кувшина. Жесткие волоски, обращенные острием внутрь, мешают насекомому выбраться из западни. Особые желёзки на стенках кувшина выделяют пищеварительный сок. Переваренную пищу всасывают особые клетки на стенках кувшина. Крышечка над кувшином защищает его от дождевой воды, которая могла бы разбавить пищеварительный сок.
У североамериканских насекомоядных растений — саррацении и дарлингтонии — черешок листа превратился в трубку. Пластинка листа у саррацении представляет собой крышечку над трубкой, а у дарлингтонии — вырост у отверстия трубки, похожий на хвост рыбы. В трубках этих растений также находится жидкость, но в ней нет пищеварительных ферментов. Утонувшие насекомые сгнивают, и продукты их разложения всасываются стенками трубки.
На Пиренейском п-ве и в Марокко растет насекомоядное растение росолист. Мелкие желёзки на его листьях выделяют слизь и пищеварительный сок. На эти липкие листья попадают насекомые.
Насекомоядные растения можно разбить на три группы: с активно движущимися органами для ловли насекомых (росянка, жирянка, мухоловка); со слизистыми листьями, которыми растения улавливают насекомых (росолист); с пузырьками, кувшинами и «ловчими ямами» в виде трубочек (пузырчатка, непентес, саррацения).
Все насекомоядные растения не утратили способности питаться и обычным для растений образом — неорганическими веществами из почвы и воздуха. Если им не давать животной пищи, они будут продолжать жить, цвести и плодоносить. Почему же у этих растений возникла потребность в дополнительной органической пище? Оказывается, что все насекомоядные растения живут на почве, бедной азотистыми солями и другими минеральными питательными веществами — главным образом на торфяных болотах, в водоемах, на песках и т. п. Из такой почвы растение не может получить достаточного количества необходимых питательных веществ.
Насекомоядные растения: 1 — непентес, растет в тропиках и субтропиках Азии, Индонезии и Австралии; 2 — саррацения, растет на болотах в приатлантических штатах Сев. Америки; 3 — жирянка, болотное растение умеренной зоны, встречается и в СССР.
Очевидно, это и было причиной возникновения приспособлений, позволяющих растению использовать животную пищу.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Энциклопедия Кольера
НАСЕКОМОЯДНЫЕ РАСТЕНИЯ
НАСЕКОМОЯДНЫЕ РАСТЕНИЯ
НАСЕКОМОЯДНЫЕ РАСТЕНИЯ – травы или полукустарники, способные ловить насекомых и других мелких животных с помощью специально приспособленных для этого листьев. В большинстве случаев в ловушки попадают насекомые, тело которых переваривается ферментами или разрушается кислотами, выделяемыми именно с этой целью. В результате растение помимо фотосинтеза пользуется дополнительным источником питания. Известно примерно 450 видов насекомоядных растений, называемых также плотоядными. Они представляют шесть родов из 6 семейств. Три семейства очень близки между собой. Это произрастающие в Новом Свете саррацениевые (Sarraceniaceae), к которым относятся несколько видов рода саррацения (Sarracenia), род дарлингтония (Darlingtonia) с единственным видом дарлингтония калифорнийская (D. californica) и виды слабо изученного южноамериканского рода гелиамфора (Heliamphora), семейство непентовых (Nepenthaceae), включающее более 60 широко распространенных в тропиках Старого Света лиан своего единственного рода непентес, или кувшиночник (Nepenthes), и весьма своеобразное семейство цефалотовых (Cephalotaceae) из Западной Австралии с единственным видом цефалотус мешочковидный (Cephalotus follicularis). Семейство росянковых (Droseraceae) объединяет примерно 90 видов повсеместно распространенных росянок (Drosera) и 3 более необычных вида, каждый из которых является единственным представителем своего рода, – венерину мухоловку (Dioanaea muscipula), альдрованду пузырчатую (Aldrovanda vesiculosa) и росолист лузитанский, или португальскую мухоловку (Drosophyllum lusitanicum). Австралийские библисовые (семейство Byblidaceae) внешне похожи на росянковых, однако в близком родстве с ними не состоят. Они представлены двумя видами рода библис (Byblis). В стороне от прочих стоят также пузырчатковые (семейство Lentibulariaceae), выделяющиеся своими двусторонне симметричными цветками. К ним относятся примерно 30 видов жирянок (Pinguicula) и более 250 видов растущих в воде пузырчаток (Utricularia). Следует отметить, что насекомоядными являются и некоторые почвенные грибы. Насекомоядные растения встречаются во всех экосистемах, где могут жить цветковые растения, – от Арктики до тропиков и от уровня моря до альпийского пояса гор. Они известны на всех обитаемых континентах, но в основном в областях с теплым, умеренным и тропическим климатом, где предпочитают солнечные места, хотя непентесы часто поселяются под пологом леса. Больше всего насекомоядных растений (более 50 видов из 6 родов) произрастает на юго-западе Австралии, но и в Северной Америке их немало. Некоторые из них распространены широко, как, например, саррацения пурпурная (S. purpurea), встречающаяся от Лабрадора до Флориды, тогда как ареал других очень ограничен: венерина мухоловка, в частности, известна только в окрестностях Уилмингтона в Северной Каролине. Большинство насекомоядных растений произрастает на сыром, бедном азотом субстрате болотистых местообитаний – моховых подушках, торфе или песке. Пузырчатки и альдрованда – целиком водные виды, а полукустарник росолист, напротив, освоил засушливые местообитания в Испании и Марокко. Большинство насекомоядных растений – бесстебельные многолетники с прикорневой розеткой листьев, преобразованных в ловчие структуры. Различают три типа ловушек: западни (у саррацениевых, непентовых и цефалотовых), липучки (у росянок и жирянок) и капканы (у венериной мухоловки и пузырчаток).
Растения с ловушками-западнями. Саррацениевые из-за своих относительно крупных размеров и широкого распространения относятся к самым известным насекомоядным растениям. В США произрастают 10 их видов из двух родов. У гелиамфор цветки мелкие в соцветиях, а у остальных представителей семейства обычно крупные, одиночные, верхушечные с расширенными столбиками. Хорошо известны также непентесы из тропиков Восточного полушария, поскольку многих из них разводят из-за их необычного облика. У видов этого рода цветки мелкие, собранные в верхушечные кисти. Австралийский цефалотус крайне редок, но тоже встречается в оранжереях. Соцветиями мелких цветков он напоминает камнеломки, к которым таксономически очень близок. Все растения этой группы похожи друг на друга формой своих кувшинчатых листьев-ловушек. Они по крайней мере частично заполнены жидкостью, в которой тонут попадающие туда насекомые. Затем они перевариваются крохотными железами, находящимися у дна ловушек; там же животная пища всасывается. Длина кувшинчатых ловушек варьирует от 3,8 см у цефалотуса до более 60 см у саррацении желтой (S. flava) и дарлингтонии. Несмотря на разницу в размерах и форме ловчих листьев, общий принцип их функционирования одинаков.
Рассмотрим его на примере саррацений. Обычно их ловчие листья ярко окрашены (пурпурно-красный узор на зеленом или желтом фоне) и напоминают цветки. Насекомых они привлекают не только окраской, но и выделяемой нектарниками ароматной жидкостью. Листья разделены на несколько частей с определенными функциями у каждой. Снаружи находится посадочная платформа для насекомых. Затем идет устье кувшина с нектарными железами. Верхняя часть полости покрыта направленными вниз острыми волосками, позволяющими жертве легко соскальзывать на дно, но затрудняющими выход из западни. Наконец, нижняя часть заполнена жидкостью, в которой тонет добыча. Здесь стенка выстлана изнутри эпидермальными клетками с короткими железистыми выростами, которые секретируют пищеварительные ферменты. Переваренный материал поглощается листом с помощью специализированных эпидермальных клеток другого типа. Если ловчий кувшин открывается устьем вверх, жидкость внутри него представляет собой в основном дождевую воду. Если же он прикрыт сверху выростом в виде навеса, то жидкость почти полностью секретируется растением. Открытые листья-ловушки саррацении пурпурной часто глубоко погружены в мох, так что в них попадают как ползающие, так и летающие насекомые. Дождевая вода, хотя и снижает концентрацию пищеварительных ферментов, на эффективность их действия не влияет. У других саррацений и у дарлингтонии посадочные платформы изогнуты и козырьком нависают над устьем ловушки. Дождевая вода внутрь почти не попадает, и жидкости в кувшине мало. Ловчая способность от этого также не снижается. Чемпионом в этом плане считается саррацения малая (S. minor), у которой ловчий кувшин прикрыт капюшоном, но, несмотря на это, часто бывает буквально набит остатками муравьев. У саррацении малой и дарлингтонии калифорнийской навесы над ловушками снабжены тонкими просвечивающими участками. По-видимому, они призваны вводить ищущих выхода из западни крылатых насекомых в заблуждение: взлетая к свету, они ударяются об “окно” и падают в находящуюся внизу жидкость. Непентесы – самые причудливые растения этой группы. Они начинают развитие с прикорневой розетки. Затем она дает взбирающиеся по деревьям длинные стебли с листьями, часть которых обычная, а остальные весьма своеобразные: нижняя часть их черешка широкая, фотосинтезирующая, верхняя – тонкая, обвивающая опору, а пластинка преобразована в ловчий кувшин, иногда настолько большой, что вмещает до литра жидкости.
Растения с ловушками-липучками. Этими приспособлениями пользуются библисы, росолист, росянки и жирянки. Их листья покрыты огромным количеством тонких волосков, на вершине которых находятся крошечные железы, выделяющие липкий секрет, способный удерживать мелких насекомых. Капельки этой жидкости блестят, как капли росы, привлекая добычу (отсюда названия – росянка и росолист). Более короткие железистые волоски у основания ловчих структур выделяют пищеварительный сок.
Имеются два типа таких растений. У одного из них ловчие структуры неподвижные, у другого – способные к активному, т.н. настическому движению. К первой категории относятся библисы и росолист. Внешне они похожи – образуют пучки длинных и узких, как у злаков, листьев, иногда длиной более 30 см. Поверхность их покрыта железистыми волосками, выделяющими большое количество липкой слизи. Под ними находятся сидячие железы, секретирующие пищеварительные ферменты. Второй тип представлен росянками и жирянками. Ловчие волоски росянок способны наклоняться в сторону уже севшей на лист жертвы, обеспечивая более прочное ее приклеивание. Росянки распространены по всему миру, но больше всего их в Западной Австралии (более 50 видов). Многие из них – мелкие розеточные формы, но среди австралийских представителей рода известны также вьющиеся, ветвистые и прямостоячие растения. По сравнению с размерами зеленых частей цветки часто крупные, хорошо заметные, розовые, желтые или белые, образующие простые соцветия. Форма листьев видоспецифична и бывает круглой, ложковидной, нитчатой или вильчатой, однако принцип строения всегда один и тот же. Типичный пример – росянка круглолистная (D. rotundifolia), широко распространенная по болотам северной умеренной зоны. На сужающихся к вершине черешках находятся плоские тарелковидные листовые пластинки. Верхняя их поверхность и края покрыты многочисленными зелеными или пурпурными ловчими волосками, или “щупальцами”. Ближе к центру пластинки они короче и толще, на периферии – длиннее и тоньше. Головчатые концы волосков несут крохотную овальную железу. Она выделяет липкую слизь и пищеварительные ферменты, а также всасывает питательные вещества. Севшее на лист насекомое не может вырваться из-за того, что все волоски сразу же начинают медленно изгибаться к центру, облепляя жертву со всех сторон и начиная переваривание. Пищеварение и всасывание продолжаются несколько дней, после чего щупальца опять распрямляются, и процесс может начинаться сначала. Лист росянки – сверхчувствительная структура, реагирующая как на прикосновение, так и на химические стимулы. Попавшие на него несъедобные частицы могут вызвать временное движение волосков, однако дуновение ветра или капли дождя ловчего механизма не запускают. Дарвин в своем классическом исследовании насекомоядных растений продемонстрировал, что давление на железу даже фрагмента человеческого волоса способно стимулировать активное изгибание волоска, на вершине которого она находится. У жирянок из семейства пузырчатковых липкие железистые волоски густо усеивают поверхность собранных в розетку языковидных листьев. Эти волоски микроскопические и весьма многочисленные – 25 000 на 1 см2. Давление на них любого чужеродного тела стимулирует секрецию. Азотистые вещества в теле насекомого вызывают обильное выделение слизистой переваривающей жидкости, внешне напоминающей жир, откуда и название растения. Движение ловушки ограничено краями листа, загибающимися вокруг прилипшей добычи. В результате в переваривании принимает участие больше железистой поверхности.
Растения с механическими капканами. Одни из самых сложных ловушек для насекомых известны у венериной мухоловки и альдрованды из семейства росянковых. Работают они по одному принципу, хотя первый вид – наземное растение, а второй – подводное. Несмотря на свой крайне ограниченный ареал, венерина мухоловка известна гораздо лучше, поскольку ее часто выращивают в оранжереях как ботанический курьез. Ее листья состоят из плоского лопатковидного черешка, оканчивающегося округлой пластинкой, разделенной центральной жилкой, как шарниром, на две симметричные половины, которые при стимуляции “схлопываются”. Верхняя поверхность их покрыта прямостоячими чувствительными волосками и густой массой красных желез на коротких ножках. Волоски запускают ловчий механизм, а железы образуют секреторно-всасывающую систему и, возможно, служат для привлечения добычи. По краю лист окружен рядом жестких прямостоячих шипов. Хотя растение и называется мухоловкой, ловит оно в основном ползающих насекомых. Когда жертва дотрагивается до чувствительного волоска, половинки листа резко сближаются, не давая добыче уйти. Давление ее на поверхностные железы приводит к выделению пищеварительного сока. Когда все питательные вещества поглощены, капкан снова раскрывается. Самые сложные по устройству, хотя и самые мелкие по размеру, ловчие приспособления этого типа – у пузырчаток из того же, что и жирянки, семейства, наиболее эволюционно продвинутой группы насекомоядных растений. Цветки пузырчаток двугубые, часто броские. Самые распространенные виды – подводные растения без корней с тонко рассеченными листьями, несущими множество мелких ловчих пузырьков. Они редко превышают в диаметре 2 мм, овальные и снабжены круглым отверстием, которое закрыто клапаном, окруженным чувствительными щетинками. Система действует следующим образом. Внутренняя выстилка пузыревидного капкана покрыта волосками, непрерывно поглощающими находящуюся внутри него жидкость. В результате в его полости создается отрицательное давление. Когда мелкое животное прикасается к чувствительным щетинкам, клапан открывается и внутрь пузырька устремляется вода, увлекающая туда же жертву. Затем клапан возвращается в исходное положение, не позволяя добыче уйти. В конечном итоге жертва переваривается, и питательные вещества всасываются выстилающими ловушку тканями.
Насекомоядные растения
Устройство ловчих аппаратов насекомоядных растений
Насекомоядные растения — собирательное название около 630 видов растений из 19 семейств, которые приспособились к ловле и перевариванию небольших животных, в основном насекомых. Используются также термины «хищные растения» и «плотоядные растения». Большинство насекомоядных являются наземными растениями и среди них редко встречаются эпифитные виды.
- Виды насекомоядных растений
- Исторические сведения и изучение
- Охрана местообитаний насекомоядных
Это преимущественно многолетние травянистые растения, встречающиеся в разных регионах земного шара — в низинных болотах севера и в сухих лесах Западной Австралии; от холодной Сибири, где произрастает жирянка пестрая, до жарких тропических лесов Борнео. На территории нашей страны и ближнего зарубежья 18 видов из 4 родов, относящихся к 2 семействам: Росянковые и Пузырчатковые. Многие насекомоядные, произрастающие в условиях умеренного климата, переживают суровые зимы, формируя покоящиеся почки, в то время как росянки и некоторые пузырчатки из Западной Австралии формируют клубни для пережидания неблагоприятных засушливых периодов.
Насекомоядные растения растут на бедных почвах и получают дополнительные питательные вещества путем ловли живой добычи, при помощи видоизменённых листьев — ловчих органов. Основной добычей этих растений являются насекомые, а их размер варьирует от микроскопических дафний до комнатных мух и ос. В ловчие аппараты крупных видов иногда попадают и более крупные животные, например, лягушки и даже мелкие млекопитающие. В некоторых случаях растения адаптируются к определенному типу добычи, например, разные виды непентеса ловят термитов и муравьев.
Привлекают насекомых окраской, запахом или сладкими выделениями. На поверхности листьев имеются железы, выделяющие пищеварительные ферменты: пепсин и органические кислоты (муравьиную, бензойную и другие), которые переваривают пойманную жертву, расщепляя животные белки. Образующиеся в результате такого внеклеточного пищеварения продукты, в основном аминокислоты, всасываются и усваиваются.
Венерина мухоловка способна захлопывать листья за одну десятую долю секунды. Это одно из самых быстрых движений в мире растений. Долгое время было загадкой — как мухоловка производит такое молниеносное движение без мускулов и нервов. Оказалось, что листья венериной мухоловки накапливают упругую энергию. Они работают как выпуклые мембраны, которые с резким щелчком переключаются из одного положения в другое, стоит только легонько нажать на них пальцем — см. «Мировые рекорды растений»
Некоторые из растений хищников, такие как тропические лианы непентесы с соблазнительными ловушками в виде кувшинчиков и травянистые саррацении охотно содержат и показывают посетителям ботанические сады. Более того, в цветочных магазинах многих городов эти виды насекомоядных растений стали все чаще появляться в продаже. Это удивительные растения, наблюдать за которыми можно долгое время, не теряя интереса.
Из известных в мире 300 насекомоядных растений для выращивания в комнатных условиях пригодны лишь шесть. Они считаются особо редкими и в живой природе занесены в Красную книгу. Выращивание плотоядных растений в домашних условиях имеет некоторые особенности, но в целом они не сильно отличаются от других видов комнатных растений.
В жизни этих растений отсутствует период покоя и их проще «прокормить» в домашних условиях — могут подойти даже кусочки сырого или вареного мяса. Но все же, не следует растение перекармливать и пробовать кормить нашей привычной пищей, поскольку это может привести к его гибели. В отличие от диких растений хищников, в комнатных условиях плотоядное растение кормится приблизительно один раз в месяц. К тому же, они выполняют роль «санитаров», уничтожая в квартире мух, комаров, пауков и даже тараканов.
Насекомоядные растения лучше всего растут во влажной среде, на кислых почвах, богатых азотом, питательными веществами и минералами. В почве должна быть смесь мха (который придает кислотность почве), торфа или сырой речной песок (процеженный несколько раз). В отличие от других комнатных растений, они не должны выращиваться в глиняных горшках, поскольку глина сохраняет в себе вредные соли. Чрезвычайно важно, чтобы в пластиковых горшках были отверстия для слива воды, потому что при всей своей любви к влаге растения все же не должны «плавать».
А лучше всего поместить насекомоядное растение в достаточно высокий стеклянный контейнер, террариум или просто в аквариум. Контейнер можно не закрывать. Нужно насыпать на дно контейнера тонкий слой почвы и посадить туда растение, окружив его лишайником. Контейнер позволит сохранить для растения так нужную ему влажность.
Растениям необходимо много света. Можно обустроить искусственную подсветку, причем, лампы накаливания тут не подойдут — нужны лампы дневного света. Температура воздуха в дневное время не должна превышать 30 градусов. Нельзя ставить растения возле батареи или других нагревательных приборов.
Если в доме не хватает живого корма, на листья распыляют специальные жидкие удобрения. Делать это нужно регулярно, чтобы растение не погибло.
Изучение насекомоядных растений
Насекомоядные хищные растения стали известны Европе в XVIII столетии. Устройство ловчих аппаратов этих видов растений интригуют садоводов и ботаников в течение столетий. Наибольший восторг испытывали люди, жившие в викторианскую эпоху. Насекомоядные растения бросают вызов нашим интуитивным представлениям о взаимоотношениях животных и растений, поскольку именно животные поедают растения, а не наоборот. Ранние сообщения о хищных растениях содержали сенсационную информацию об огромных ловчих аппаратах, поедающих людей, и ловчих пузырьках пузырчаток, поедающих крокодилов…
Естествоиспытатель Чарльз Дарвин (1809 — 1882) начал свои исследования с наблюдений в природе над росянкой летом 1860 г. Тогда же он поставил ряд лабораторных опытов, которые вскоре разрослись в целое исследование. Его монография об этих растениях, опубликованная в 1875 году, была первым трудом, посвященным этой группе растений. В ней приводятся не только сведения о естественных местообитаниях растений, но и детальные описания разнообразных экспериментов, выполненных над растениями с использованием разных веществ и факторов — см. «Исторические сведения насекомоядных».
В настоящее время существует угроза исчезновения хищных растений. Сокращение местообитаний насекомоядных, осушение почв для сельскохозяйственных нужд и эрозия играют отрицательную роль, а изменение в использовании земель открывают доступ на данные территории заносных растений. Сохранившиеся популяции находятся в опасности слишком интенсивного сбора растений… В Ботаническом саду в Атланте собрана одна из крупнейших мировых коллекций насекомоядных растений, а также ведется активная работа по восстановлению и охране их местообитаний. Миллионы растений хищников ежегодно размножают в искусственных условиях, но растения по-прежнему продолжают выкапывать из естественных условий, что является серьезной проблемой — см. «Охрана местообитаний насекомоядных».
Перечень насекомоядных растений
Список насекомоядных растений состоит из систематически сборной группы (630 видов растений из 19 семейств). Их объединяет не общее происхождение, а своеобразие мест обитания. Недостаток минерального питания они восполняют оригинальным способом. Их листья превращены в ловчие органы, привлекающие и заманивающие, а затем переваривающими и поглощающими насекомых.
- Альдрованда пузырчатая
Единственный вид рода Альдрованда (Aldrovanda) — редкое водное насекомоядное растение, семейства Росянковые (Droseraceae), - Библис гигантский
Единственный род семейства Библисовые (Byblidaceae). Внешне даже похожи на росянки, однако не имеют с ними близкого родства. Страдает от коллекционирования любителями-садоводами. - Венерина мухоловка
Наиболее широко известное насекомоядное растение из семейства Росянковые (Droseraceae). В настоящее время встречается значительное разнообразие форм мухоловки. - Гелиамфора мешочковидная
Состоит в наиболее близком родстве с североамериканскими дарлингтониями и саррацениями и относится к семейству Саррацениевые (Sarraceniaceae). - Дарлингтония калифорнийская
Состоящая в близком родстве с сарраценией и гелиамфорой, произрастающая в восточных штатах США, является единственным видом рода семейства Саррацениевые (Sarraceniaceae). - Жирянка обыкновенная
Семейство Пузырчатковые (Lentibulariaceae) включает в себя примерно 30 видов жирянок (Pinguicula). Название растения указывает на то, что поверхность листьев покрыта тысячами мельчайших железок, выделяющих слизистый секрет. - Непентес пузырчатый
Эффектный кувшиночник относится к единственному роду Непентес (Nepenthes), включающему несколько десятков видов растений, из семейства Непентовых (Nepenthaceae). Их форма довольно разнообразна — от простой вазовидной до ловушки с зубцами по краю кувшина. - Пузырчатка вздутая
Семейство Пузырчатковые (Lentibulariaceae) включает более 250 видов растущих в воде пузырчаток (Utricularia). Название растения возникло вследствие формирования на их стеблях и листьях маленьких ловчих пузырьков (0,2-12 мм в диаметре). - Росянка круглолистная
Это чрезвычайно мелкое растение особенно часто встречается в северных и центральных районах нашей страны. - Росолист лузитанский
Это растение мало представлено в культуре вследствие сложного ухода, требуемого растению в первые два года. Состоит в близком родстве с росянкой и венериной мухоловкой. - Саррацения пурпурная
Род растений семейства Саррацениевые (Sarraceniaceae), насчитывает 10 видов и разнообразие подвидов. Они пользуются популярностью и легки в культуре. Многие виды находятся под угрозой исчезновения в природе, выраженной в различной степени. - Цефалотус мешочковидный
Семейство Цефалотовые (Cephalotaceae) с единственным видом рода Цефалотус из Западной Австралии. Хорошо известен своими некрупными прочными ловчими кувшинами с характерным зубчатым краем.
