4. НАУКИ О ЖИЗНИ

Институтом леса проведена палеокарпологическая (по плодам и семенам) реконструкция истории лесов в голоцене для притундровой зоны: от Полярного Урала до Лены. Выявлено видовое разнообразие прошлых растительных ассоциаций во времени и пространстве. Анализ поэтапной дифференциации растительности (с использованием ландшафтно-зональной концепции современной структуры лесного покрова и радиоуглеродных данных) позволил установить неоднократное смещение зональных границ и динамику видовой структуры для смещения лесорастительного округа. При максимальных потеплениях климата 8500-8000, 6500-6000 лет назад граница леса находилась на 4-5^o севернее современной, в периоды похолоданий 4500, 2500 лет назад границы зон смещались к югу на 1-2^o (рис. 4.10). Формирование самых северных бореальных лесов современного облика началось 200 лет назад. С 500 лет назад фиксируется тенденция продвижения на север ареала лесообразующих пород и отдельных видов травянистых растений.

Рис. 4.10. Растительный покров Сибири.
Предполагаемые границы: 1 - северная Северной тайги, 2 - северная Средней тайги, 3 - южнокустарничковой и ерниково-моховой тундры. Доминирующие виды: 4 - Larix sibirica, 5 - Larix gmelinii, 6 - Picea obovata, 7 - Pinus sylvestris, 8 - Betula pubescens, 9 - Betula pendula, 10 - Pinus pumila, 11 - Duschekia fruticosa, 12 - кустарничковая и ерниково-моховая тундра, 13 - Salix lanata, 14 - Ledum decumbens.

Институтом леса разработан метод высокого пространственного разрешения, позволяющий идентифицировать возникающие лесные пожары на космических снимках со спутников NOAA. Метод учитывает возможности регистрирующей аппаратуры, пространственно-энергетические характеристики пожаров, состояние атмосферы и растительного покрова. Крупные лесные пожары надежно распознаются по сигналам третьего канала приемников спутниковой информации (диапазон излучения 3,6-3,9 мкм). Обнаружение малоразмерных пожаров (от 6 до 25 га) основано на выявлении различий их излучения на третьем и пятом каналах приемника (3,6-3,9 и 11,5-12,5 мкм) (рис. 4.11). Комбинация двух тепловых каналов позволяет производить фильтрацию ложных источников (перистые облака, открытые грунты и др.). Метод существенно повышает эффективность борьбы с лесными пожарами вследствие их раннего обнаружения.

Рис. 4.11. Лесные пожары Нижнего Приангарья, 1996 г. Информация со спутника NOAA.

В Институте экологии природных комплексов сформулировано новое направление в дендрохронологии - репрохронология, - изучающее цикличность половой репродукции хвойных пород. Методической основой направления является ретроспективный учет следов от опавших шишек на поперечных срезах годичных приростов ветвей за 100 и более прошедших лет. Анализ деревьев позволяет определить не только хронологию созревших урожаев, но и биологические потери в процессе формирования шишек. Впервые в пределах ареала орехоплодных сосен Евразии (Карпаты, Западная Сибирь, Алтай, Хабаровский край, Северо-Восточный Китай) проведено ретроспективное изучение динамики урожаев 3-х видов кедра (рис. 4.12). Обнаружены различия в колебаниях малых и средних циклов репродуктивной активности, связанных с текущими погодными и другими условиями. Обнаружено также сходство в области больших колебаний, вероятно, обусловленных глобальными изменениями климата и видовым родством изучаемых пород.

Рис. 4.12. Ретроспектива репродуктивной деятельности кедровых сосен.
А - поперечный срез побега кедра корейского со следами от созревших (а) и недозревших (б, в) шишек. Б - динамика урожаев у кедра сибирского (1), кедра корейского (2) и кедра европейского (3).

Центральным сибирским ботаническим садом завершено изучение лишайников на территории Восточного хребта Танну-Ола. Разнообразие лишайников этого региона представлено 732 видами из 173 родов, в то время как до начала исследований было известно только 9 видов. Определен 21 вид лишайников, новых для Сибири, России и Азии.

Рис.4.13. Представители 8 видов лишайников на поверхности валуна.

Установлено также, что изученная флора сочетает в себе черты южносибирской и монгольской горных флор, контрастность которых проявляется на разных макросклонах. Следует сказать, что благодаря жизнедеятельности лишайников и мхов бесплодные участки превращаются в пригодные для заселения другими растениями, являясь важным звеном первичного почвообразовательного процесса.

Физиологами Центрального сибирского ботанического сада установлено, что структура энергозатрат у растений состоит не из трех компонент, соответствующих трем компонентам метаболизма, а из четырех - ростовой, функциональной, базовой и выделенной впервые - активационной. Изучение природы выделенной компоненты показало, что при активации метаболизма возрастают затраты на поддержание стационарного состояния. Это связано со структурными перестройками, приводящими к увеличению проницаемости мембран и уменьшению общей термоустойчивости. В результате неравновесность системы увеличивается и энергозатраты на поддержание стационарного состояния (поддерживаю-щий метаболизм) возрастают на величину, равную активационной компоненте. Возрастание энергозатрат на поддерживающий метаболизм должно учитываться при оценке энергетической эффективности роста и функциональных отправлений растений (рис. 4.14).

Рис.4.14. Схема, поясняющая связь компонент энергозатрат с компонентами метаболизма (активационная компонента обозначена жирным шрифтом).

Институтом систематики и экологии животных впервые даны комплексная оценка и анализ видового богатства, численности, биомассы, таксономической, пространственной и экологической структуры 180 семейств беспозвоночных животных Западно-Сибирской равнины - одного из наименее изученных с позиций биоразнообразия регионов мира. Общий уровень видового богатства членистоногих оценен в первом приближении в 7000 видов. Максимум всех показателей биоразнообразия зафиксирован на стыке лесной и степной зон (рис. 4.15).

Рис.4.15. Видовое разнообразие членистоногих животных в ряду широтных зон Западной Сибири.

Этот феномен объяснен не эффектом контакта зон, как считалось ранее, а действием воздушных масс ультраконтинентального климата, заходящих строго на юг Западной Сибири из центра Азии. Впервые показан и объяснен механизм зонального смещения центров биоразнообразия с севера на юг последовательно с водораздельных позиций в сторону понижения рельефа. Результаты позволят откорректировать процесс оценки территорий при планировании заповедников и послужат основой для создания регионального зоокадастра.

В этом же Институте проведен анализ многолетних данных популяции водяных полевок, полиморфных по признаку белой пятнистости. Установлено, что колебания частоты встречаемости пятнистых особей положительно коррелируют с межгодовыми изменениями стрессированности зверьков (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Среднегодовые значения стрессированности водяных полевок (тонкая линия) и прирост доли пятнистых особей (жирная линия).
Горизонтальные линии разделяют годы с высоким (а), средним (б) и низким (в) уровнями стрессированности. Стрессированность оценивалась по интегральному пока-зателю, учитывающему концентрации свободных жирных кислот и глюкокортикоидов в крови.

Выяснено, что в годы наиболее значительного влияния на популяцию стрессирующих факторов (линия а), пятнистые самцы демонстрируют большую, чем непятнистые, стрессоустойчивость (имеют большую массу тела, семенников и препуциальных желез). Таким образом они повышают свой репродуктивный вклад именно в "напряженные годы", изменяя генетическую структуру следующего поколения.

В рамках изучения биоразнообразия арктической зоны Институтом биологических проблем криолитозоны совместно с Аляскинским центром национальной биологической службы обобщены результаты по численности и экологии очковой гаги - редкого вида мировой фауны. С 70-х годов по настоящее время произошло катастрофическое снижение численности вида на Аляске и сохранилась ее относительно стабильная численность в северо-восточной Сибири. Установлено обитание двух популяций в дельте р. Индигирка и в приколымской тундре. Методом имплантации птицам спутниковых радиопередатчиков установлены пути летне-осенных миграций самцов к местам зимовок в Беринговом море (рис. 4.17).

Рис. 4.17. Пути миграции самцов очковой гаги с дельты реки Индигирка.

Гнездовой ареал включен в охранную зону природного резервата "Кытылак", вошедшего в 1997 году в Международную сеть охраняемых местообитаний редких птиц Северо-Востока Азии. Результаты работ использованы также при составлении национальной программы США "Стратегия восстановления очковой гаги на американском материке".

Институтом общей и экспериментальной биологии с целью выявления межпопуляционных различий экологии и поведения даурской пищухи изучены ее звуковые сигналы. С помощью кластерного анализа (рис. 4.18) сигналы разделены на 12 групп, различающихся формой частотной модуляции основной частоты.

Рис. 4.18. Кладограмма типов звуков акустических сигналов даурской пищухи. А - даурская пищуха (Ochotjna daurica). Б - типы звуков акустических сигналов: в сигналах опасности - 1, 2, 3, 6, 8; в песнях - 7, 9, 10, 11; в трелях - 2, 4, 5, 7, 9, 10, 11, 12.

До настоящего времени различали 3 типа сигналов даурской пищухи (сигналы опасности, песни и трели). Установлено, что в разные типы вокализаций, различаемых на слух, входят звуки одной и той же группы. С другой стороны, в одну категорию принятой сегодня классификации входят разные звуки. Методика позволяет также проводить детальный анализ структурно-функциональных связей в вокализациях, их происхождении и эволюции и проводить количественный сравнительный анализ звуковых репертуаров у разных видов пищух.

Институтом почвоведения и агрохимии разработана флуктуационная теория физического состояния почв. Теория с единых методологических и методических позиций рассматривает почвенно-физические процессы как с непрерывными, так и с дискретными изменениями. Утверждается также, что почвенная влага находится в околокритическом состоянии.

На основе этой теории разработана модель влажностной характеристики почвы, основным критерием которой является понятие обобщенного термодинамического потенциала. Для физики почв модель является пионерной. Общая зависимость потенциала от влажности почвы приведена на рис. 4.19.

Рис. 4.19. Зависимость обобщенного термодинамического потенциала от влажности почвы. А - кривая перехода между различными состояниями почвенной влаги (пленочная, капиллярная).

Видны области двух форм почвенной влаги - пленочной и капиллярной. Модель влажностной характеристики почвы важна для исследований механизмов качественного изменения макроскопических свойств почвы.

• Диаграммы

Go to Home Site

[ В оглавление.] [Сл. Раздел.]