Накапливая несъедобный кремнезём, злаки регулируют численность грызунов

Пашенная полёвка (Microtus agrestis) при входе в свою нору ест лист травы. Фото © Ernie Janes / www.nhpa.co.uk с сайта www.arkive.org

Обнаружен новый возможный механизм возникновения циклических колебаний численности грызунов. Некоторые злаки, в частности щучка дернистая (Deschampsia caespitosa) в ответ на интенсивное выедание пашенной полёвкой (Microtus agrestis) накапливают в листьях диоксид кремния (кремнезём), что делает их неполноценным кормом. Зверьки, вынужденные в зимнее время питаться такими растениями, слабеют, плохо размножаются, и численность их начинает падать. В отсутствие сильного пресса травоядных злаки постепенно восстанавливаются, причем содержание кремнезёма в них поначалу невелико. Численность полёвок также начинает расти — соответственно, увеличивается потребление ими злаков, в листьях которых снова повышается содержание кремнезёма, и таким образом весь цикл, занимающий около 3–5 лет, повторяется.

Циклические колебания численности — регулярные чередования пиков и спадов — свойственны многим млекопитающим, обитающим в умеренных и особенно в высоких широтах. У грызунов период колебаний составляет 3–5 лет, а у зайцев 9–11 лет. Хотя экологам такие колебания известны достаточно давно, споры об определяющих их механизмах отнюдь не закончены. Чаще всего предполагается, что это пример колебаний «хищник–жертва» («потребитель–ресурс»), происходящих в соответствии с классическими моделями Лотки (Alfred Lotka) и Вольтерры (Vito Volterra); см. Lotka–Volterra equations.

Для американского зайца-беляка, обитающего в таежной зоне Северной Америки это, по-видимому, действительно так, с тем лишь уточнением, что в качестве хищника выступает не только рысь (как о том пишут в учебниках), но и множество более мелких зверей, нападающих на зайчат в периоды пиковой численности (Krebs et al., 2001). Для леммингов из наиболее северных районов ареала решающими также являются отношения «хищник–жертва» (Turchin et al., 2000), но «хищники» здесь сами лемминги, а «жертва» — мох, верхние молодые листочки которого служат зверькам основным кормом зимой (обитая под снегом, они в  это время не только сохраняют высокую активность, но и размножаются).

Колебания, напоминающие классическую систему «хищник–жертва», могут, в принципе, возникнуть и в том случае, если жертвы в ответ на усиленное потребление хищником будут вырабатывать какие-то средства защиты, тогда как при ослаблении пресса хищников средства защиты образовываться не будут, а освободившиеся ресурсы пойдут на рост и размножение. Хотя описанная ситуация кажется неправдоподобной, предпосылки для ее возникновения существуют: у коловраток в присутствии хищников образуются защищающие их шипы, а одноклеточные водоросли при интенсивном потреблении их коловратками теряют свою питательную ценность.

Нечто подобное может наблюдаться и у травянистых растений, которые в ответ на интенсивное поедание животными синтезируют вещества, делающие их ядовитыми или, по крайней мере, малосъедобными. В частности, ранее было показано, что для злаков один из способов защиты от травоядных животных (в том числе полёвок) — накопление в листьях диоксида кремния (кремнезёма). Содержащая большое количество кремнезёма трава поедается менее охотно, а если зверьки и вынуждены ей питаться, то они плохо растут и размножаются. Однако поскольку образование растениями веществ, защищающих их от выедания, всегда связано для них с определенными затратами, неудивительно, что между скоростью роста растений и степенью их защищенности существует обратная связь.

Щучка дернистая (Deschampsia caespitosa). Фото с сайта www.flickr.com

Группа исследователей из нескольких университетов Великобритании предприняла недавно специальное исследование возможной взаимосвязи между накоплением в злаках кремнезёма и изменениями численности пашенной полёвки (Microtus agrestis) — вида, широко распространенного по умеренной зоне Евразии. В северной Англии, где проводилась работа, пашенная полёвка демонстрирует циклические колебания численности с периодом в 3–5 лет. При этом динамика отдельных локальных популяций вовсе не всегда синхронизирована, и таким образом в одно и то же время можно наблюдать популяции, находящиеся на разных стадиях цикла: подъема численности, пика, спада или депрессии. В наиболее оптимальных для полёвок местах обитания численность их может достигать 700 особей на гектар в годы максимумов и не превышать 20 особей на гектар в годы депрессии численности.

В зимнее время, когда зверькам прокормиться труднее, в их рационе важную роль играет злак, известный под названием щучка дернистая (Deschampsia caespitosa). Этот вид обычен и в средней полосе России (щучку можно легко определить на ощупь: если лист слегка зажать между пальцами и попытаться протащить, то в одну сторону он легко скользит, а в противоположную — не идет, встречая сопротивление множества мелких зубчиков). Именно этот злак и изучали британские исследователи на предмет содержания в нем кремнезёма в зависимости от интенсивности выедания полёвками.

Проведенные оценки количества кремнезёма в листьях щучки показали, что больше всего его содержится в растениях, взятых из тех мест, где недавно был достигнут пик численности пашенной полёвки, или из тех, где популяция полёвок находится в состоянии депрессии после спада. Минимальное же содержание кремнезёма отмечено в растениях с тех участков, где численность полёвок нарастает. Таким образом, полученные данные согласуются с выдвинутой гипотезой о том, что защищенность растений может меняться в зависимости от интенсивности пресса травоядных животных. Независимым подтверждением ее стали и проведенные теми же авторами лабораторные опыты, в которых полёвок кормили щучкой, выращенной на среде обогащенной или, наоборот, обеденной кремнием. Выяснилось, что если полёвкам давать щучку, обедненную кремнезёмом, то они быстро набирают вес, а если давать щучку, содержащую много кремнезёма, то зверьки не только не растут, но и теряют в весе.

Источник: F. P. Massey, M. J. Smith, X. Lambin, S. E. Hartley. Are silica defences in grasses driving vole population cycles? (вся статья в открытом доступе: HTML, PDF, 110 Кб) // Biology Letters. Early Online Publishing. DOI: 10.1098/rsbl.2008.0106.

См. также:
1) P. Turchin, L. Oksanen, P. Ekerholm, T. Oksanen, H. Henttonen. Are lemmings prey or predators? // Nature. 2000. V. 405. P. 562–565.
2) Charles J. Krebs, Rudy Boonstra, Stan Boutin, A. R. E. Sinclair. What drives the 10-year cycle of snowshoe hares? // BioScience. 2001. V. 51. 2001. P. 25–35 (текcт статьи есть в открытом доступе: PDF, 675 Кб).

Алексей Гиляров

Последние новости: Экология, Биология, Алексей Гиляров