Разрушительное распространение горного соснового лубоеда
Когда горный сосновый лубоед начал стремительно распространяться по лесам Британской Колумбии и Альберты, никто не мог представить масштаб предстоящего ущерба. Проблема стала тревожно очевидной, когда насекомое опустошило сосновые леса, нарушив жизнь сообществ, работу лесной промышленности, рекреационное использование земель, водосборные бассейны, а также среду обитания растений и диких животных. Теперь, когда жук проникает в бореальные леса Северо-Западных территорий и Саскачевана, и существует реальная опасность его распространения на восток вплоть до Приморских провинций, исследователи из Университета Альберты откликнулись на призывы правительства, промышленности, некоммерческих организаций и общественности помочь сохранить и защитить бесценный национальный ресурс, лежащий в основе канадской идентичности.
Экология неожиданности
Янис Кук называет это "экологией неожиданности".
Кук, исследователь из Департамента биологических наук, является директором TRIA-Net — национальной коллаборации 18 ученых (включая шестерых из Университета Альберты), государственных лесных офицеров и представителей промышленности и некоммерческого сектора. Эта новая сеть представляет собой третью фазу проекта Tria, созданного в 2007 году для передачи результатов исследований на передовую линию борьбы с распространением горного соснового лубоеда.
Будучи одной из немногих канадских исследователей, изучающих жука, прокладывающего путь через сосновые леса Канады, Кук, ее коллеги из Университета Альберты и другие национальные партнеры быстро приняли тот факт, что сегодняшних знаний может быть недостаточно для ответа на завтрашние вопросы об этом крошечном, но разрушительном насекомом.
"Нам приходится адаптироваться к тому, что преподносит нам жук, реагируя на эволюцию вспышки и заполняя пробелы в знаниях", — говорит она. "Горный сосновый лубоед — настолько сложная проблема, что для создания новых знаний, жизненно важных для контроля его распространения, требуется принципиально иной подход".
Анатомия вторжения
Горные сосновые лубоеды крошечные, размером с рисовое зерно. Жесткокрылые насекомые распространяются полетом, которому способствуют воздушные потоки. В основе их способности уничтожать деревья лежит простой механизм: жуки лишают дерево питательных веществ, а переносимые ими грибы прорастают в древесину и нарушают транспорт воды.
Сосны умирают в три этапа, которые могут занимать до нескольких лет: зеленый — деревья заражены, но хвоя выглядит нормальной и здоровой; красный — после того, как жуки преодолели защиту деревьев, и изменение цвета хвои указывает на их гибель; и серый — когда жук ушел, а хвоя опала.
Являясь аборигенным видом для сосновых лесов западной части Северной Америки, при низкой плотности популяции горный сосновый лубоед играл важную роль в обновлении лесов из сосны скрученной и сосны желтой. Крупномасштабная гибель лесов наблюдается только при достижении популяцией эпидемического уровня.
Именно это произошло в начале 2000-х годов, когда благоприятные климатические условия позволили популяции горного соснового лубоеда в центральных внутренних районах Британской Колумбии достичь эпидемического и даже гиперэпидемического уровня.
К 2006 году горный сосновый лубоед в значительной степени преодолел барьер Скалистых гор, перемещаясь на большие расстояния с воздушными потоками, и обосновался в районе Пис-Ривер на северо-западе Альберты. Здесь сосна скрученная, составляющая большую часть исторической среды обитания лубоеда, гибридизирует с сосной Банкса, ареал которой простирается вплоть до Приморских провинций. Уже через несколько лет жук распространился на восток через эту гибридную зону в Альберте, успешно закрепившись в генетически чистой сосне Банкса и оказавшись на пороге северных лесов Саскачевана. За последние пару лет лубоед распространился даже на север вплоть до 60-й параллели.
"Горный сосновый лубоед — самый разрушительный лесной насекомый-вредитель в Северной Америке", — говорит Надир Эрбильгин, адъюнкт-профессор и канадский исследовательский руководитель в области лесной энтомологии. На сегодняшний день вспышка затронула более 19 миллионов гектаров лесных земель Западной Канады — территорию, сопоставимую по площади с озерами Верхнее, Мичиган и Гурон вместе взятыми. Потеряно более миллиарда кубических метров зрелой сосны, нанесен ущерб лесной промышленности, рекреационному использованию, водосборным бассейнам, среде обитания растений и диких животных. Потеряны тысячи рабочих мест, а правительства Британской Колумбии, Альберты и федеральное правительство в Оттаве потратили на попытки остановить нашествие и диверсифицировать экономику значительно более миллиарда долларов государственных средств.
Прыжок на новый вид
В 2011 году именно исследовательская группа под руководством Университета Альберты установила, что горный сосновый лубоед вторгся в леса из сосны Банкса в Альберте, открыв возможность заражения на восток через прерии вплоть до Атлантики.
Совместно с Alberta Sustainable Resources Development и Канадской лесной службой группа биологов и генетиков деревьев из Университета Альберты обнаружила, что по мере распространения лубоеда на восток из центральной Британской Колумбии он успешно перескочил с основного хозяина — сосны скрученной — на сосну Банкса. Отслеживая прогресс заражения по провинции, они обнаружили насекомое в соснах Банкса на востоке Альберты вплоть до Слейв-Лейк, в 200 километрах к северу от Эдмонтона.
"Было непросто, но наша исследовательская группа использовала молекулярные маркеры, чтобы окончательно показать, что последним видом сосны, подвергшимся атаке, действительно была сосна Банкса", — говорит молекулярный эколог Университета Альберты Кэтрин Куллингем.
Подтверждение перехода жука на другой вид было хорошей новостью с исследовательской точки зрения, но также выявило серьезную угрозу — потенциальное вторжение по всей Канаде. "Сосна Банкса — доминирующий вид сосны в бореальном лесу Канады, — говорит Кук. — Ее ареал простирается на восток от Альберты вплоть до Приморских провинций".
Угроза для белокорой сосны
Два года назад Эван Эш, тогда магистрант, работавший под руководством Джона Спенса на кафедре возобновляемых ресурсов, обнаружил, что жук, помимо атаки на североамериканские сосны скрученную и Банкса, угрожает уничтожить оставшуюся популяцию белокорой сосны Альберты — дерева, находящегося под угрозой исчезновения по всей Северной Америке.
Его исследование показало, что изменение климата вызывает повышение температуры в холодных высокогорных районах, где растет белокорая сосна, создавая благоприятные условия для распространения разрушительного жука.
Эрбильгин продолжает работу Эша, изучая восприимчивость белокорой сосны к горному сосновому лубоеду и потеплению климата в западной части Северной Америки, включая Альберту. Цель — оценить, не ослаблена ли защита белокорой сосны из-за глобального потепления.
Этот вид деревьев уже был опустошен пузырчатой ржавчиной белой сосны — грибковой инфекцией, завезенной из Европы 100 лет назад, что, по словам Эша, создает "сокрушительный двойной удар".
"Существует небольшое количество деревьев, устойчивых к грибковому заболеванию, но мы опасаемся, что горный сосновый лубоед убьет их. Районы, которые исторически были климатически неблагоприятными для жука, становятся для них лучше, даже на больших высотах и северных широтах в Альберте".
Белокорая сосна растет на больших высотах вдоль Скалистых гор до прибрежных хребтов в западной части Северной Америки, включая Альберту, Британскую Колумбию, Монтану, Айдахо, Вашингтон и Калифорнию. Дерево может жить до 1000 лет. Оно дает питательные семена, crucial для рациона птиц, черных медведей и гризли, и часто является последним видом на границе леса, где регулирует таяние снега и стабилизирует мелкие субальпийские почвы в горах.
Эш изучал жизненные характеристики горного соснового лубоеда в белокорой сосне, исследуя вопрос о том, насколько успешно насекомое размножается в этом типе сосны. "Несмотря на то, что дерево здесь менее подходит для жука из-за более прохладного климата Альберты, насекомое все еще способно убивать белокорые сосны и будет производить большое потомство в самых старых, наиболее развитых деревьях", — говорит Эш. "Как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе это означает, что горный сосновый лубоед убьет больше этих деревьев".
Белокорая сосна, ставшая более уязвимой, чем сосна скрученная, из-за пузырчатой ржавчины белой сосны, была впоследствии внесена в список находящихся под угрозой исчезновения Комитетом по статусу находящихся под угрозой исчезновения диких животных в Канаде.
"Я думаю о канадской дикой природе как о бескрайнем море деревьев, — говорит Эш. — Мысль о том, что это крепкое, удаленное дерево может исчезнуть при моей жизни, ошеломляет".