Биологи Пензенского государственного университета (ПГУ) впервые в России объединили классические геоботанические описания степных сообществ с молекулярно-генетическим анализом растений, чтобы точно определять, на какой стадии восстановления (демутации) находится конкретный степной биотоп. Такой подход позволит прогнозировать будущее участка: стоит ли выделять его в охранную территорию или он уже обречен на переход в другие природные состояния — например, в кустарниковую степь или лес. Кроме того, методика поможет целенаправленно подбирать территории для восстановления популяции крапчатого суслика — редкого вида, включенного в Красную книгу России.
Степные экосистемы и степной чернозем — важнейшие национальные богатства России, однако сегодня степи активно трансформируются из-за изменений в землепользовании. Если в советское время территории распахивали или использовали под пастбища, то сейчас пахотные площади сократились, а скот перевели на стойловое содержание. В результате антропогенная нагрузка исчезла, запустился процесс демутации — естественного восстановления экосистемы после прекращения воздействия. Но без привычной нагрузки восстановление пошло по сценарию, который меняет облик степи.
На смену характерным злакам приходят другие виды, а после территорию «оккупируют» кустарники и древесная растительность, — рассказала один из авторов проекта, аспирант ПГУ Елена Волкова.
Ученые ПГУ подчеркивают, что для степей «покой» губителен. Исторически эта экосистема поддерживалась постоянным внешним «давлением»: сначала табунами диких лошадей, затем стадами домашнего скота.
Их копыта разбивали слой отмершей травы — ветоши, не давая ей формировать плотный покров, который мешает прорастанию новых побегов травянистых растений. В результате поддерживался баланс: степные растения получали условия для роста, а животные — корм, — пояснил руководитель проекта, заведующий кафедрой «Зоология и экология» ПГУ, доктор биологических наук, профессор Сергей Титов.
В рамках исследования научная группа провела масштабные полевые работы в южных степных районах Пензенской и Ульяновской областей, охватив более 50 точек былого и современного обитания крапчатого суслика. В выборку вошли перспективные для восстановления биотопы из девяти районов Поволжья, причем Радищевский, Кузоватовский и Майнский районы стали эталонными. Там еще сохранились популяции суслика, что позволяет сравнивать экосистемы с разной степенью антропогенного воздействия. На восьми ключевых локациях ученые выполнили геоботанические описания фитоценозов и собрали биоматериал для генетических исследований. Объектами изучения стали фоновые виды злаков и разнотравья — кострец береговой, овсяница валлисская (типчак) и тысячелистник обыкновенный: они критически важны для степных сообществ и служат кормовой базой для наземных беличьих.
Соотношение этих видов указывает на то, в каком состоянии сейчас находится степь. При сильном «сбое» доминирует типчак, при слабом — кострец, — поделилась Елена Волкова.
В Лаборатории молекулярной экологии и систематики животных ПГУ из образцов выделяли ДНК и проводили ПЦР-исследование по двум направлениям: анализ микросателлитной ДНК (участков с повторяющимися последовательностями, отличающихся высокой изменчивостью) и рибосомальной, а также хлоропластной ДНК (более стабильных генетических маркеров).
Для визуализации фрагментов ДНК мы использовали электрофорез в полиакриламидном геле. Визуально наблюдали, как более легкие фрагменты перемещаются ниже, тяжелые — поднимаются наверх. По количеству и положению полос определили гомозиготность или гетерозиготность особей. Так нам удалось сформировать для каждой популяции аллельные профили. Например, в одной популяции выявляли пять аллелей, в другой всего три. Такие различия и отражают генетическое разнообразие, — добавил Сергей Титов.
Результаты показали, что фоновые виды растений по-разному реагируют на изменения в экосистеме, причем их генетическая динамика оказывается противоположной.
Анализ ценопопуляций показал, что после прохождения в лугово-степных фитоценозах демутационных процессов у видов, характеризующих угнетенное от сбоя состояние (типчак), вследствие снижения отбора наблюдается потеря генетического разнообразия, а у видов-эдификаторов зарастания (кострец), напротив, — увеличение, — отметила Елена Волкова.
На основе этих данных ученые разработали новый подход для природоохранной практики. Теперь по спектру полиморфизма популяций травянистых растений можно определить, на какой стадии демутационного процесса находится степной биотип.
Если биотоп уже находится на поздней стадии демутации, попытки сохранить его как степь, ограничив воздействие, могут привести к обратному эффекту. Он превратится в участок кустарниковой степи или леса, а редкие степные виды исчезнут, — предупреждает Сергей Титов.
Исследователи уже выявили перспективные территории в Камешкирском и Колышлейском районах Пензенской области, где условия подходят для долгосрочного существования поселений крапчатого суслика. В планах — создать на территориях буферной зоны заповедника «Приволжская лесостепь» «маточное» поселение для размножения грызунов и последующих переселений.
Мы хотим иметь собственный ресурс для дальнейших переселений. Это очень важно. Переселять грызуна с обжитых им территорий опасно. Потому что, если переселить даже большую группу особей на неподходящий участок, колония может просуществовать 6–8 лет, а затем вымереть. В итоге результат будет нулевым, а мы одновременно таким непродуманным действием можем ослабить и исходную популяцию, — добавил Сергей Титов.
Одно из предложений научного коллектива — контролируемая пастьба табунов лошадей на территориях, находящихся на грани исчезновения степных фитоценозов: эта практика разрешена Минприроды России для заповедных зон.
Лошади будут разбивать слой ветоши, поддерживая условия для роста степных злаков. При этом выпас домашнего рогатого скота в таких зонах запрещен, — пояснила Елена Волкова.
Исследование поддержано грантами Российского научного фонда. Ученые ПГУ продолжают разрабатывать комплексные мероприятия по восстановлению степных биотопов, чтобы вернуть крапчатого суслика на территорию Пензенской области и сохранить уникальные степные ландшафты Поволжья.
Результаты опубликованы в "Поволжском экологическом журнале".
Фото: ПГУ
Источник: Минобрнауки России
