Годичные кольца могут предсказать атаку вредителей леса

К такому выводу пришли исследователи, изучив деревья, пораженные насекомыми, которые поедают хвою и листья.

Ученые построили модель, согласно которой динамика изменений ширины годичных колец отражает устойчивость дерева к внешним воздействиям. Оказалось, что деревья с замедленной регуляцией роста в период перед началом вспышки массового размножения вредителей чаще подвергаются нападению насекомых, становясь их первой жертвой. В исследовании принимали участие сотрудники Сибирского федерального университета, институтов, входящих в ФИЦ КНЦ СО РАН, Института систематики и экологии животных СО РАН. Результаты исследования опубликованы в журнале Forests.

Вспышки массового распространения насекомых-вредителей возникают в Сибири примерно раз в 8—14 лет. Насекомые наносят лесам серьезный ущерб: поедая ствол, листья или хвою, они травмируют деревья, из-за чего те начинают высыхать и медленнее растут. При этом на пике своей активности насекомые могут повредить сотни тысяч гектаров леса. Поэтому для специалистов важно научиться обнаруживать места, где вредители начинают атаковать деревья, чтобы предотвратить распространение эпидемий.

Определить, как именно насекомые выбирают первую цель для нападения, довольно сложно. Ведь для этого нужно знать отличительные черты деревьев, которые привлекают вредителей.

Специалисты из Института леса им. В. Н. Сукачёва Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» проанализировали динамику изменений ширин годичных колец 214 деревьев, как поврежденных, так и не поврежденных насекомыми-вредителями в разное время с 1976-го по 2021 год. 

В своей работе авторы изучили воздействие трех видов насекомых, распространенных в разных частях Сибири. В Новосибирской области исследователи проследили влияние непарного шелкопряда (Lymantria dispar) на березу, на юге Красноярского края — сибирского шелкопряда (Dendrolimus sibiricus) на пихту сибирскую, сосновой пяденицы (Bupalus piniarius) на сосну.

Специалисты изучали деревья на территориях, не поврежденных насекомыми, и на тех, где наблюдалось массовое размножение вредителей. Для этого биологи с помощью специального инструмента — приростного бурава — вырезали из стволов тонкие образцы цилиндрической формы — керны, — по которым сравнили ширину годичных колец деревьев из различных местообитаний. 

Проанализировав различия в образцах, исследователи построили модель, описывающую устойчивость деревьев к нападению вредителей. Для того чтобы объединить дерево и насекомых в одну систему, авторы применили флуктуационно-диссипационную теорему из квантовой физики. Она позволяет связать отклик системы на воздействие извне, в данном случае — изменения ширин годичных колец в ответ на атаку вредителей, — с характеристиками динамики ширины годичных колец до этого воздействия. 

После нападения насекомых или в иных стрессовых ситуациях рост деревьев временно замедляется, и годичные кольца становятся тоньше. Авторам удалось выяснить, что деревья, непривлекательные для насекомых, регулируют ширину годичных колец при внешних воздействиях часто, почти каждый год, но умеренно. В то время как в зонах будущих вспышек вредителей регуляция роста растений в стрессовых ситуациях нарушена. Ширина годичных колец либо изменяется слишком сильно и часто, либо перемены в росте остаются умеренными, но происходят редко. В зоне максимального риска находятся деревья со слабым и медленным типом регуляции прироста годичных колец.

Ученые предполагают, что деревья такого типа могут привлекать насекомых, выделяя химические вещества, сигнализирующие о медленной системе реагирования и указывающие на уязвимость растения. Эти соединения распознаются вредителями, которые атакуют дерево, формируя первичный очаг заражения.

— В дальнейшем мы планируем использовать методы химического анализа, чтобы изучить вещества, которые выделяют деревья с различными характеристиками ширины годичных колец. Получив данные о химических различиях выделений деревьев разного типа, можно будет более точно предугадывать области первичных вспышек заражения насекомыми-вредителями и таким образом эффективнее защищать наши леса, — рассказал первый автор статьи, ведущий научный сотрудник ИЛ ФИЦ КНЦ СО РАН профессор, доктор биологических наук Владислав Григорьевич Суховольский.

Уверены, что результаты исследований будут интересны и для Архангельской области, где насекомые-вредители распространяются не так часто, зато очагами и масштабно!