Разберем на атомы: зачем растения убивают друг друга

Одни природные сообщества постоянно сменяют другие, мхи занимаются подрывной деятельностью и разрушают памятники архитектуры, несмотря на попытки человека этому сопротивляться, свалить дерево можно одним прикосновением, а выжженная территория, где, казалось бы, земля умерла, становится местом пробуждения семян огромного количества растений. Об этом и других вопросах природных изменений на одном из последних ток-шоу «Разберём на атомы», прошедшем в Санкт-Петербурге, рассказала Ольга Вершинина – кандидат биологических наук, сотрудник Ботанического института им. В. Л. Комарова и член Русского ботанического общества. ITMO.NEWS рассказывает главное.

Природные экосистемы нестабильны – они постоянно претерпевают изменения. Там, где обычный человек увидит статичную картинку леса, специалист по сукцессиям может увидеть крошечный кадр из огромного кинофильма. Сукцессия – это планомерная смена одних сообществ живых организмов другими (например, за несколько лет лес из соснового может превратиться в еловый). Эта смена может происходить под воздействием самых разных факторов – внутренних или внешних.

Сукцессии делятся на первичные и вторичные. Считается, что самая главная сукцессия началась с возникновением жизни, когда живые организмы стали взаимодействовать. В зависимости от среды обитания первичные сукцессии делятся на ксерические и гидрические. Ксерические сукцессии происходят там, где не хватает воды, на твердых субстратах, в то время как гидрические – в местах, где есть избыток воды.

Вторичные сукцессии разделяют по факторам воздействия. Автогенные сукцессии двигаются под воздействием внутренних сил самого сообщества (дерево упало, на его месте выросло новое). Аллогенные сукцессии возникают под воздействием внешних факторов – например, если дерево срубил человек.

Ксерическая сукцессия

Ксантория (или стенная золотянка) – первое существо, которое селится на первой фазе ксерической сукцессии. По отдельности гриб и водоросль не могут выжить в таких условиях, однако если они сливаются, как в случае с лишайником, они питают другу друга. Выделяя активные химические вещества, гриб постепенно разрушает субстрат. В результате возникает тонкая пленка первичной почвы размером в микрон – этого достаточно, чтобы зародился мох.

Следующая стадия сукцессии – зеленые мхи. Их можно увидеть практически на всех валунах в Ленобласти. Однако иногда сукцессия проявляется в самых неожиданных местах – в заброшенных парках и усадьбах можно нередко увидеть заросшие мхами и лишайниками ступени. Разрушение памятников архитектуры в результате сукцессии неизбежно в нашем климате и даже в более южных регионах. Статуя из мрамора может быть покрыта ксанторией, которая расщепляет мрамор быстрее, чем гранит. Если отшлифовать статую, мы уже не получим изначальную форму, так как часть объекта уже «съедена» ксанторией. Сегодня в Петербурге более 100 видов лишайников, которые расщепляют один только мрамор. Беда в том, что человек не может препятствовать этому процессу, – никакие способы борьбы, кроме шлифования, до сих пор не придуманы. Даже если вазу из Летнего сада тщательно отшлифовать и очистить, это не всегда остановит процесс: достаточно микронного кусочка ризоида мха, оставшегося в крошечной трещине, чтобы он продолжил свою подрывную деятельность. В местах, где лишайник укоренился, нет смысла реставрировать объект, в нем все пронизано сетью корней – его нужно только разбирать и строить заново.

Люди придумали способы использовать первую стадию сукцессии в эстетических целях. На бетонных стенах нередко можно увидеть рисунки, сделанные из разных видов зеленого мха. Однако на фундаменте жилых домов такое баловство опасно, сукцессия никогда не останавливается, однажды в наросший массив попадет семечко березы или ольхи, дерево начнет прорастать и пустит корни даже в случае, если это будет авиационный бетон.

Летний сад до реконструкции. Источник: mcunost.ru
Летний сад до реконструкции. Источник: mcunost.ru

Гидрическая сукцессия

Примером гидрической сукцессии является озеро Суури, расположенное в районе Кузнечного, – одно из самых красивых озер в Карелии. Озеро было спущено на два метра, а слой ила остался прежним. Началась активная гидрическая сукцессия – ил продолжил копиться с большей скоростью, многие растения, не имевшие шансов прорасти в прибрежной зоне, получили эту возможность. Этот процесс не прерывается, даже если выпадает много осадков и уровень воды поднимается. Через 10 лет часть озера превратится в низовое болото.

Пример верховой гидрической сукцессии – сплавины. В заповеднике Ламмин-Суо под Зеленогорском можно их увидеть: это растительные остатки на поверхности воды, которые в свое время не утонули, а сбились вместе ветрами, в них поселились мхи, травы скрепились корнями, и получилась подушка-остров, которая имеет хорошую плавучесть. Размер свободно плавающей сплавины может достигать 20 квадратных метров. На образование такого плавающего островка может уйти до 50 лет, а уничтожить его можно в один момент, перевернув подушку (корни на поверхности засыхают, островок превращается в торфяную подушку и идет на дно).

Сплавины нередко сшиваются корнями в единую систему и на них селятся деревья. Иногда, заходя в лес, человек попадает на полянку, почва которой неустойчива, а деревья вокруг движутся. Это означает, что человек стоит на огромной подушке, она гибкая, и ее толщина может достигать метра, однако корни деревьев не закреплены в почве, под подушкой могут находиться шесть-десять метров кристальной озерной воды. Уронить такое дерево можно одним легким прикосновением, а для того, чтобы оно появилось на такой подушке, нужно порядка 70 лет.

Болото Ламмин-Суо. Источник: ooptlo.ru
Болото Ламмин-Суо. Источник: ooptlo.ru

Автогенная сукцессия

Береза помогает маленьким елочкам спасаться от снега, поэтому последние нередко селятся с подветренной стороны берез. В лесах Ленобласти можно встретить старую березу с отсыхающими ветвями и рядом молодую крепкую елку, которая как бы «обнимает» березу. На самом деле, это говорит о том, что ёлка проникла в корневую систему березы и высасывает из нее все питательные вещества. Первая стадия автогенной сукцессии – прозрачный березняк. Следующая стадия – появление молодого благонадежного ельника, третья – мощный еловый лес, где молодая береза уже не взойдет. Ель занимает место березы и остается.

В это время под елочкой древесный ярус не меняется, но сукцессия затрагивает травяные ярусы. Типичный покров в еловом лесу состоит из зеленых мхов, однако стоит климату стать более сухим (микроклимат меняется каждый 10 лет), там, где были сочные зеленые мхи, появляется черника (за счет того, что она длиннокорневищная, она очень быстро распространяется по сравнению с другими растениями).

Аллогенная сукцессия

Одна из самых ярких сукцессий – аллогенная. Она происходит под влиянием внешних факторов. Аллогенная сукцессия может привести к пирогенной сукцессии (вызванной возгоранием). Когда падает одно или пара бревен, муравьи производят деструкцию древесины, затем дерево гниет и распадается, а на этом месте вырастают новые деревья. Если происходит ветровал, то природа не в состоянии утилизировать последствия самостоятельно. Накопление сушняка приводит к коллекциям скелетированных деревьев. Такие деревья очень быстро сгорают и приводят к низовым пожарам, распространяющимся по лесу со скоростью поезда. Такие пожары, как правило, не тушат – их локализуют (отделяют горящие части траншеями от той территории, которую еще можно сохранить). Когда отделенный участок полностью сгорает, на этом месте пробуждаются семена огромного количества растений: сосны, иван-чая, малины, земляники и других растений. Семена, попавшие глубоко в почву и не имевшие ранее шанса взойти, в этот момент получают сигнал о том, что почва прогрета и пора всходить.

Таким образом, пирогенная сукцессия начинается с огня, затем следует стадия трав, молодых проростков, в течение 50 лет происходит самоизреживание древостоя. В первое время на выгоревшей территории всходят самые разные виды растений, однако возможность продолжить жизнь есть у немногих. С помощью аллелопатии – свойства одних организмов выделять химические соединения, которые тормозят или подавляют развитие других, растения убивают группировку других растений вокруг себя и обеспечивают тем самым себе жизнь. После этого происходит видовая дифференцировка – в течение 100 лет добавляют новые виды, возникает лес с доминирующим видом (в Ленобласти сосна – главный ярус, после нее идут осина и береза).  Завершается пирогенная сукцессия приходом ели через 200 лет.

Пастбищная сукцессия

При выпасе животных почва испытывает слишком большую нагрузку. Первый этап пастбищной сукцессии – появление большего количества колючих растений. Такие растения не выедают, у них больше шансов оставить потомство, соответственно, все зарастает малопригодными для питания животных растениями. После того, как в этом месте выпасают коз, которые менее требовательны и выдирают травы (лошади ощипывают), образуется ободранная подушка, которая плохо испаряет влагу, однако влага в горах неминуемо накапливается. Эта подушка набухает и при сильном ливне съезжает (как правило, в дом хозяев скота).

Ольга Вершинина
Ольга Вершинина

Рекреационная сукцессия

Рекреационная сукцессия характерна для любого старого парка. Она означает, что парк делает шаг в сторону леса. Например, видно не только выбитую тропу, но и выбитые участки рядом с тропой – свидетельство деградации почв верхнего слоя, виден мертвый подрост, скелетированные погибшие деревья, сорные травы вытесняют луговые, под кронами деревьев луговые травы появляются вместо лесных. В таких парках деревья не возобновляются естественным путем. Согласно концепции окон, когда гибнет старое дерево, на этом месте появляется большое количество питательных веществ от разложения старого дерева, там же появляется больше света (просвет в пологе), и потому активнее прорастают новые деревья. В парках такое невозможно, потому что погибшее дерево становится местом притяжения для людей – упавшие деревья приспосабливают под удобные сидения. Поэтому подрост вынужден локализоваться по укрытиям – непроходимым местам, в которых люди не появляются. Парки имеют возможность возобновляться низкими темпами. Во многих случаях оставлять в парке неубранный валеж – плодотворный путь, ведь именно в нем может вырасти новое дерево для парка, в то время как на выстриженных и убранных участках всегда будут находиться люди.

Радиационная сукцессия

На этом виде сукцессии, самой мало изученной, можно изучать ход сукцессии по принципу туда-обратно. Сукцессия в природных условиях всегда следует по направлению лишайники-мхи-травы-кустарники-деревья. Радиационная сукцессия движется точно в обратную сторону: сначала выпадают деревья, потом кустарники, травы, мхи и лишаи. Когда степень загрязненности от радиации снижается, сукцессия меняет движение в обратную сторону, однако не обязательно выходит в ту точку, где была до воздействия радиации – в итоге может сложиться другой тип сообщества.

Первичная сукцессия. Источник: znakka4estva.ru
Первичная сукцессия. Источник: znakka4estva.ru

Итог сукцессии

Итог сукцессии – климакс сообщества – это наиболее развитое гармоничное природное сообщество. В таком сообществе можно увидеть вывал старого ствола, много пионерных пород, средневозрастные породы, густой подлесок, богатый травяно-кустарниковый ярус. Климаксовое сообщество включает не одно сообщество, это целая система субклимаксовых сообществ.

С докладами о системах, которые нас окружают, в рамках ток-шоу выступили также инженер АО «АТОМПРОЕКТ» Анатолий Река, который рассказал о системах безопасности на атомных электростанциях на примере проекта АЭС-2006, а также сотрудник БГТУ «Военмех» и популяризатор космонавтики Елена Емельянова, которая рассмотрела недавнюю ситуацию спасения космонавтов при аварии ракеты «Союз-ФГ» (произошла 11 октября 2018 года).  Елена также рассказала про систему аварийного спасения (САС), которая является одной из важнейших систем космического корабля. Ток-шоу «Разберем на атомы» проводит Информационный центр по атомной энергии.

Редакция новостного портала
Архив по годам:
Пресс-служба