Биологи разработали математическое уравнение, описывающее динамику численности лесных насекомых-вредителей. Этот инструмент позволил исследователям определить различия между видами, склонными к вспышкам размножения, и теми, чья численность остаётся стабильной на протяжении многих лет. Полученные результаты помогут выявлять потенциально опасных насекомых, для которых ранее не наблюдались вспышки, но которые могут начать массовое размножение.
Результаты исследования, финансируемого грантом Российского научного фонда (РНФ), были опубликованы в журнале Chaos, Solitons and Fractals.
Численность насекомых-вредителей в лесах варьируется из года в год и подвержена влиянию различных факторов, таких как количество хищников, климатические условия и наличие пищи. Наибольшую угрозу представляют так называемые «вспышечные» виды, популяции которых могут резко возрастать — от нескольких особей до десятков тысяч на одно растение, например, дерево.
При этом остаётся неясным, почему одни насекомые способны столь быстро увеличивать свою численность и вызывать массовую гибель деревьев, в то время как другие этого не делают. Чтобы разобраться в этом вопросе, экологи с помощью математического моделирования пытаются выявить общие характеристики «вспышечных» видов, влияющие на их численность в различных условиях обитания.
Сотрудники Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (Москва) и Института систематики и экологии животных СО РАН (Новосибирск) провели исследование 15 видов насекомых-вредителей, которые обитают в лесах России, Европы и Северной Америки и наносят вред как лиственным, так и хвойным деревьям. Среди них оказались сибирский и непарный шелкопряды, шелкопряд-монашенка, сосновая пяденица, лиственничная серая и зелёная дубовая листовёртки, а также иные распространённые виды.
Гусеница непарного шелкопряда. Фото: пресс-служба РНФ.
В своей работе биологи опирались на литературные источники и результаты многолетних собственных наблюдений. Это позволило авторам проследить изменения в численности насекомых на протяжении периодов от 14 до 120 лет. Разная продолжительность наблюдений объясняется тем, что для различных видов доступные данные варьировались. Например, история популяции лиственничной серой листовертки, обитающей в Швейцарии, охватывает период с 1858 по 1978 год (120 лет), в то время как одна из популяций непарного шелкопряда в Московской области изучалась лишь с 1950 по 1964 год (14 лет).
В результате работы биологов было разработано простое уравнение — авторегрессионная модель. Она с точностью до 90 % описывает изменения численности «вспышечных» видов насекомых, охватывая период от разрежённой популяции до её пикового состояния. Для всех исследованных «вспышечных» видов, таких как сибирский и непарный шелкопряды, сосновая пяденица, серая лиственничная листовёртка и другие, параметры данного уравнения, отражающие регулирование численности насекомых, оказались схожими. При этом коэффициент устойчивости таких популяций был очень низким, что объясняет значительные колебания в их численности. Напротив, у видов, не подверженных всплескам размножения, этот параметр был высоким, что предопределяет их стабильно низкую численность.
“Нам удалось понять, почему существуют „вспышечные“ виды, и узнать, как „тихий“, незаметный вид может превратиться во врага растений. За последние десятилетия такие случаи неоднократно описаны. С помощью предложенной модели можно будет искать среди миллионов видов насекомых те виды, которые представляют потенциальную опасность, и отслеживать динамику их численности”, - рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Владислав Суховольский, доктор биологических наук, профессор, сотрудник ЦЭПЛ РАН.
Пресс-служба РНФ.
Источник: Российская академия наук.
На фото - лес, поражённый непарным шелкопрядом. Фото: пресс-служба РНФ.