1. Сохранение видов путем сохранения популяций. Общее правило для создания хорошей программы сохранения исчезающих видов заключается в том, что для охраны выделяется территория, охватывающая по возможности наибольшую площадь местообитания и населенная максимальным числом особей. Однако это общее положение не дает конкретных указаний, которые могли бы помочь проектировщикам, землеустроителям, политикам и биологам, занимающимся сохранением видов.
В своем основополагающем труде Шаффер определил необходимое для выживания вида количество особей, как минимальную жизнеспособную популяцию (МЖП): “минимальная жизнеспособная популяция для данного вида в данном местообитании – это наименьшая изолированная популяция, имеющая 99% шансов сохраниться на 1000 лет, несмотря на прогнозируемое воздействие демографических, природных и случайных генетических катастроф”. Иными словами, МЖП – это наименьшая популяция, предположительно обладающая высокими шансами сохраниться в обозримом будущем. После того как для вида установлен размер МЖП, следует определить минимальную динамичную площадь местообитаний (МДП), необходимую для сохранения МЖП. МДП можно определить, выявляя размеры индивидуальных участков и участков групп.
2. Уязвимость маленьких популяций. Проблемы малых популяций. Один из лучших примеров определения МЖП относится к популяциям 120 снежных баранов, обитающих в пустынях юго-запада США. Некоторые их этих популяций наблюдали в течение 70 лет. Изучение привело к поразительным результатам. Оказалось, что 100% популяций, насчитывающих менее 50 животных, вымерло в течение 50 лет, в то время как практически все популяции, включающие более 100 особей, сохранились на весь этот период.
Проблемы малых популяций. За редким исключением, для защиты большинства видов нужны большие популяции, а виды с малыми популяциями стоят перед реальной опасностью вымирания. Вот три основные причины, которые делают малые популяции подверженными быстрому падению численности и локальному исчезновению:
· генетические проблемы, возникающие из-за потери генетического разнообразия, родственного скрещивания и дрейфа генов;
· демографические колебания из-за случайного изменения соотношения в уровнях рождаемости и смертности;
· флуктуации численности, связанные с хищниками, конкуренцией, заболеваниями, равно как с природными катастрофами в виде пожаров, наводнений, засух.
3. Потеря генетического разнообразия. Генетическое разнообразие очень важно для обеспечения способности популяций адаптироваться к изменениям окружающей среды. Только особи с определенными аллелями или комбинацией аллелей могут обладать качествами, необходимыми для выживания и воспроизводства в новых условиях. Внутри популяции частота отдельных аллелей может варьировать от часто встречающихся до очень редких. В малых популяциях частоты аллеля могут изменяться от одного поколения к следующему просто из-за случайностей, которые имеют место при скрещивании и выживании потомства; этот процесс известен как генетический дрейф. Когда аллель в малой популяции имеет низкую встречаемость, существует высокая вероятность того, что он будет случайно потерян в одном из поколений. Подверженные генетическому дрейфу малые популяции более восприимчивы к разрушительным генетическим эффектам, таким как инбредная депрессия, аутбредная депрессия и потеря эволюционной пластичности. Эти факторы могут вносить свой вклад в дальнейшее уменьшение размера популяции и увеличение вероятности вымирания.
Инбредная депрессия. В большинстве природных популяций существуют разнообразные механизмы, предотвращающие родственное спаривание (инбридинг). В крупных популяциях большинства видов животных особи обычно не спариваются с близкими родственниками. Обычно молодые животные покидают то место, где родились, или опасность их спаривания с родственниками подавляется уникальными индивидуальными запахами или другими подсказками органов чувств. У многих растений ряд морфологических и физиологических механизмов способствует перекрестному опылению и предотвращает самоопыление. Однако в некоторых случаях, особенно когда размер популяции мал и нет других партнеров, эти механизмы не могут предотвратить инбридинг. Спаривание между близкими родственниками, например между родителями и их потомством, внутри потомства и между двоюродными родственниками, самооплодотворение у гермафродитных видов могут привести к инбредной депрессии – состоянию, характеризующемуся сокращением числа потомков, появлением слабого или стерильного потомства.
Аутбредная депрессия. В дикой природе особи из географически разделенных и генетически различающихся популяций редко спариваются между собой не только из-за своей физической отдаленности, но и благодаря ряду поведенческих, физиологических и морфологических механизмов, которые гарантируют спаривание только между генетически сходными особями одного вида. Однако, когда вид редок, или его местообитание разрушено, случается аутбридинг – спаривание между представителями разных популяций. Особи, неспособные найти партнера в своей популяции, могут спариваться с особями из других популяций. В результате этого, из-за отсутствия комплементарности хромосом и ферментных систем, унаследованных от своих разных родителей, потомство бывает ослабленным или бесплодным, – ситуация, известная как аутбредная депрессия. Гибридное потомство может уже не иметь ту необходимую комбинацию генов, которая позволяет особям выживать в конкретных местных условиях. В своем крайнем проявлении аутбредная депрессия может возникнуть при спаривании между особями близкородственных видов. Чтобы избежать аутбредной депрессии, программы по разведению животных в неволе должны предусматривать исключение пар из близкородственных видов и из крайних областей их географического ареала.
Потеря эволюционной пластичности. Редкие аллели или необычные комбинации аллелей, не дающие сегодня никаких преимуществ, могут оказаться уникально полезными для будущих условий среды. Потеря генетического разнообразия в малой популяции может ограничить способность популяции адекватно откликаться на долговременные изменения в окружающей среде, такие как загрязнение, новые болезни или глобальное изменение климата. Без достаточного генетического разнообразия вид может исчезнуть.
4. Эффективный размер популяции. Франклин показал, что 50 особей можно считать минимальным количеством, необходимым для поддержания генетического разнообразия. Эта цифра основывается на практическом опыте селекционеров животных, который показывает, что группу отбираемых животных следует увеличить после утраты 2–3% изменчивости за поколение. Согласно формуле Райта, популяция из 50 особей потеряет только 1% разнообразия за поколение, так что эта цифра могла бы стать отправной при селекции. Однако поскольку оценка Франклина основана на работе с домашними животными, возможность ее применения для широкого диапазона видов дикой природы не бесспорна. Однако многие особи в реальной популяции не дают потомства по причине возраста, слабого здоровья, бесплодия, истощения, маленьких размеров тела или социальных взаимоотношений, не допускающих некоторых животных к спариванию. В результате действия этих факторов эффективный размер популяции участвующей в размножении особей, существенно меньше, чем реальный размер популяции. Поскольку темпы потери генетического разнообразия зависят от эффективного размера популяции, потеря генетического разнообразия может быть более стремительной, чем та, которую можно предположить, исходя из размеров реальной популяции. Эффективный размер популяции может оказаться ниже ожидаемого в одном из нескольких случаев.
Неравное соотношение полов. В некоторых случаях в популяции может быть неравное количество самок и самцов. Если, например, популяция моногамных видов гусей состоит из 20 самцов и 6 самок, то в спаривание будут вовлечены только 12 особей. В этом случае эффективный размер популяции составляет не 26, а 12 особей. У других животных социальные системы могут препятствовать спариванию некоторых особей, несмотря на то, что физиологически они готовы к этому.
Разнообразие плодовитости. У многих видов особи значительно отличаются по своей плодовитости. Это особенно относится к растениям, у которых некоторые экземпляры могут приносить лишь несколько семян, в то время как другие – тысячи семян.
Популяционные флуктуации. У некоторых видов размер популяции очень сильно варьирует от поколения к поколению. Особенно яркий пример отличий популяций демонстрируют насекомые, например бабочки, однолетние растения и амфибии.
Эффект бутылочного горлышка и эффект основателей. Когда популяция резко сокращается в размерах, редкие аллели в популяции теряются, если ни одна из особей, имеющая эти аллели, не выживет и не принесет потомство. Это явление известно как бутылочное горлышко популяции. С меньшим количеством аллелей и снижением гетерозиготности снижается и средняя приспособляемость особей. Производная бутылочного горлышка, известная как эффект основателей, имеет место, когда несколько особей покидают большую популяцию, чтобы образовать новую. Новая популяция часто обладает меньшей генетической изменчивостью, чем более крупная исходная популяция, и имеет более низкую вероятность сохраниться.
Рассмотренные примеры показывают, что эффективный размер популяции часто значительно ниже, чем общее количество особей в популяции.
5. Программы сохранения популяций. Социальное поведение выпущенных животных. Образование новых популяций растений. Программы по созданию новых популяций часто дороги, трудны и долговременны. Например, программы по отлову, воспитанию в неволе, восстановлению, мониторингу и освобождению калифорнийских кондоров, сапсанов и черноногих хорьков, стоили десятки миллионов долларов и потребовали годы работы. Для животных, обладающих длительным жизненным циклом, программа всегда длится годами, прежде чем станет известен ее результат. Решения по организации реинтродукционных программ часто получают широкий общественный резонанс, как это было в США с программами для калифорнийского кондора, черноногого хорька, медведя-гризли и серого волка и с аналогичными программами в странах Европы. Решающим элементом для многих программ по реинтродукции становятся действия средств массовой информации, которые объясняют местному населению необходимость и цели программы и убеждают поддерживать ее и, возможно, даже гордиться ею, или хотя бы не препятствовать. Выпускаемые животные первое время после своего освобождения требуют особой заботы и помощи, поэтому практикуют так называемое “мягкое освобождение”. Животных могут кормить и защищать в том месте, где их выпустили на волю до тех пор, пока они не научатся обеспечивать себя сами, или в месте выпуска их приходится временно содержать в клетках, давая возможность постепенно познакомиться с местностью. Социальные группы, сразу выпущенные из неволи (“жесткое освобождение”), могут широко рассеяться в различных направлениях, что сводит на нет все усилия по их восстановлению. Вмешательство может быть необходимым и в случаях, когда животные оказываются в сложных ситуациях, угрожающих их выживанию, особенно во время засухи или бескормицы. Восстановительные программы для обычных видов всегда были широко распространены и позволили накопить знания, используемые для разработки новых программ по спасению исчезающих видов.
Социальное поведение выпущенных животных. Когда социальные животные растут в природе, они получают знания об окружающей среде и социальном поведении от других членов своего вида. Животные, выращенные в неволе, часто лишены навыков, необходимых для выживания в естественной среде, социальных навыков совместного поиска корма, чувства опасности, навыков нахождения брачных партнеров и выращивания молодняка. Для преодоления этих проблем при выращивании млекопитающих и птиц в неволе требуется специальное обучение до и после выпуска волю. В некоторых случаях воспитатели подражают внешнему виду и поведению диких животных. Такой подход особенно важен при работе с очень молодыми животными, которым необходимо научиться отличать свой вид от выкармливающего их вида или от человека. Раньше выращенные в неволе птенцы калифорнийского кондора были неспособны обучаться поведению их диких сородичей, поскольку они запечатлели образ ухаживающих за ними людей. Теперь птенцов кондора выкармливают с помощью макета, имитирующего кондора, и не показывают их посетителям зоопарка.В других случаях в качестве “инструкторов” для выращенных в неволе индивидов используют диких животных. Диких золотистых львиных тамаринов отлавливают и содержат вместе с рожденными в неволе тамаринами, чтобы они смогли образовать социальные группы, а затем выпускают на волю всех вместе, в надежде, что дальше их обучат дикие животные. Иногда выпущенные в природу рожденные в неволе животные присоединяются к существующим социальным группам или спариваются с дикими животными, приобретая, таким образом, знания об окружающей их среде.
Образование новых популяций растений. Подходы к созданию новых популяций редких и исчезающих видов растений коренным образом отличаются от таковых для наземных позвоночных животных. Сейчас экологи растений изучают эффективность различных способов оптимизации среды для создания новых популяций, например, использование выжигания, удаление конкурирующей растительности, рыхление почвы и устранение животных, стравливающих растительность. Обычно это те популяции, которым угрожает уничтожение, или те, для которых удаление небольшой части растений не нанесет явного ущерба популяции. Затем растения переносят в незанятое, но, безусловно, подходящее место. Хотя такие методы переноса (трансплантации) дают высокие основания для уверенности в том, что вид выживет на новом месте, они все же не могут имитировать естественные процессы, поэтому иногда популяции не плодоносят и не дают проростков, следующего поколения.
6. Стратегии сохранения еx situ. Наилучшей стратегией для долговременной защиты биологического разнообразия является сохранение природных сообществ и популяций в дикой природе, т. е. сохранение in situ. Только в дикой природе виды способны продолжать внутри своих природных сообществ процесс эволюционной адаптации к изменяющейся окружающей среде. Однако для многих редких видов сохранение in situ не спасает их от увеличивающихся антропогенных нарушений. Если популяция слишком мала чтобы выжить, или если все сохранившиеся особи находятся за пределами охраняемой территории, тогда охрана in situ может оказаться неэффективной. В таких обстоятельствах единственный способ предотвратить вымирание вида – это поддержать вид в искусственных условиях под присмотром человека. Такая стратегия называется еx situ. Уже есть ряд животных, вымерших в дикой природе, но сохранившихся в неволе, например олень Давида. Долговременной целью многих программ по сохранению еx situ является создание новых популяций в дикой природе, если имеется достаточно большое число особей и подходящее место обитания. Сохранение животных еx situ осуществляется в зоопарках, специальных фермах, аквариумах в рамках программ по разведению животных в неволе. Растения сохраняют в ботанических садах, дендрариях и банках семян. Промежуточной стратегией, сочетающей в себе элементы сохранения еx situ и in situ, является интенсивный мониторинг и управление популяциями редких и исчезающих видов на небольших охраняемых территориях. Усилия по сохранению еx situ являются важной частью интегральной стратегии сохранения и защиты исчезающих видов. Стратегии сохранения еx situ и in situ дополняют друг друга.
7. Зоопарки. В зоопарках сегодня содержатся свыше 700 тыс. особей, представляющих 3000 видов млекопитающих, птиц, рептилий и амфибий. Главная цель большинства крупных зоопарков сегодня – это создание в неволе популяций редких и исчезающих животных. Лишь небольшая часть редких видов млекопитающих, содержащихся в зоопарках по всему миру, представлена сегодня устойчивыми популяциями с численностью, достаточной для поддержания генетического разнообразия. Чтобы исправить эту ситуацию, зоопарки и курирующие их природоохранные организации предприняли значительные усилия для создания дополнительных условий для содержания. Организуются научные общества, разрабатываются технологии, необходимые для формирования размножающихся популяций редких и исчезающих видов, например снежного барса. Усилия по сохранению еx situ все более направляются и на спасение исчезающих видов беспозвоночных, включая бабочек, жуков, стрекоз, пауков и моллюсков. Это очень важно, поскольку видов беспозвоночных гораздо больше, чем позвоночных, но многие из них отличаются ограниченным распространением и снижаются в численности. Другие важные объекты усилий по сохранению еx situ – редкие породы домашних животных, от которых человек получает животный белок, молочные продукты, кожу, шерсть, использует в сельском хозяйстве, в качестве транспорта и для развлечений. Успеху реализации программ по разведению в неволе способствуют сбор и обобщение сведений о редких и исчезающих видах. Комиссия по выживанию видов и сопутствующие организации, в частности Американский зоопарк и аквариумная ассоциация предоставили зоопаркам необходимую информацию о правильном уходе и содержании этих видов, включая сведения об их требованиях к питанию, способах анестезии, оптимальных условиях жизни, о вакцинации и антибиотиках. Сейчас разрабатывается центральная база данных о случаях размножения и родословных книг, которые помогут предотвратить спаривание между близкими родственниками, приводящее к высокой смертности потомства за счет генетического дрейфа и инбредной депрессии. Наиболее важная их этих баз данных – Международная система инвентаризации видов, которая содержит информацию о 4200 формах животных из 395 зоологических организаций в 39 странах. Разрабатывается большое количество инновационных программ для увеличения темпов репродукции содержащихся в неволе видов. Некоторые из них заимствованы из медицины человека и ветеринарии, а другие – совершенно новые методы, специально разработанные для конкретных видов. Эти технологии включают: перекрестное выкармливание, когда самка из обыкновенного вида выкармливает детенышей редкого вида; искусственное осеменение, в случаях, когда животные не желают спариваться или живут в разных местах; искусственная инкубация яиц в идеальных условиях; перенос эмбрионов, то есть имплантацию оплодотворенных яйцеклеток редких видов в суррогатную самку обычного вида. Один из новых подходов состоит в замораживании яйцеклеток, спермы, эмбрионов и тканей, стоящих на грани вымирания видов – это так называемые “замороженные зоопарки”.
Аквариумы. В настоящее время в аквариумах содержится приблизительно 600 тыс. особей рыб, главным образом отловленных в дикой природе. Основные усилия сегодня направлены на развитие технологий по разведению и содержанию редких видов рыб в аквариумах с тем, чтобы потом выпустить их в природу, или уменьшить необходимость отлова диких видов. Многие из используемых технологий разведения рыб исходно были разработаны биологами-рыбоводами для крупномасштабных воспроизводственных мероприятий в отношении трески, окуня, лосося и других промышленных видов. Другие технологии были открыты в коммерческих аквариумах по мере расширения торговли тропическими рыбами. Программы по разведению исчезающих морских рыб до сих пор находятся в зачаточном состоянии, но сейчас в этой области ведутся активные исследования. По мере того, как аквакультура все больше снабжает человека рыбой, моллюсками и креветками, разрабатываются селекционные программы по созданию генетического резерва, необходимого для улучшения этих видов и защиты их от болезней и непредусмотренных угроз. Особенно велика роль аквариумов в сохранении исчезающих китообразных. Сотрудники аквариумов часто откликаются на просьбы общественности о помощи китам, выбросившимся на берег или потерявшим ориентацию на мелководье. Потенциально для разработки программ помощи исчезающим видам персонал аквариумов может применять знания, накопленные при работе с обычными содержащимися в неволе видами, например афалиной.
Ботанические сады и дендрарии. В 1600 ботанических садах мира находятся крупнейшие коллекции живых растений, которые представляют собой главный ресурс для реализации мер по сохранению растений. Сегодня в ботанических садах всего мира растет 4 млн. растений, представляющих 80 тыс. видов, то есть приблизительно 30% флоры мира. Ботанические сады все больше ориентируются на выращивание редких и исчезающих видов растений, многие из них специализируются на определенных их типах. Ботанические сады вносят уникальный вклад в дело сохранения живой природы, поскольку их живые коллекции и гербарии представляют собой один из лучших источников информации о распределении растений и их требованиях к местам обитания. Сотрудники ботанических садов часто становятся признанными авторитетами в области определения видов и определения статуса их сохранности. Более 250 ботанических садов поддерживают природные заповедники, которые по праву считаются важными охраняемыми территориями.
Банки семян. Помимо выращивания растений, ботанические сады и исследовательские институты создали коллекции семян, иногда называемые банками семян, собранных с диких и культивируемых растений. При сборе семян прилагаются все усилия к тому, чтобы включить весь диапазон генетического разнообразия. Это достигается путем сбора семян по всей области распространения видов, отбором образцов семян из популяций, растущих в различных природных условиях, и сбором семян с большого числа особей в каждой популяции. В таких банках семена большинства видов растений могут долгое время храниться в сухих холодных условиях, сохраняя всхожесть. Способность семян оставаться при низких температурах в состоянии покоя исключительно важна для мер по сохранению видов еx situ, поскольку она позволяет хранить на небольшом пространстве при минимальном присмотре и при низких финансовых затратах семена большого количества редких видов. Хотя банки семян обладают большим потенциалом для сохранения редких и исчезающих видов, они тоже испытывают определенные сложности. Если ломается оборудование или падает напряжение в сети, то вся замороженная коллекция может быть испорчена. Даже при холодном хранении семена постепенно теряют свою всхожесть из-за истощения энергетических запасов и накопления вредных мутаций. Чтобы преодолеть это постепенное ухудшение качества семян, необходимо периодически проращивать партии семян, доводить взрослые растения до зрелого состояния и собирать с них на хранение новые образцы семян. Примерно у 15% видов растений в мире семена “непослушные”. Им несвойственно состояние покоя, или они не выдерживают хранения при низких температурах, а, следовательно, не могут храниться в банках семян. Семена таких видов должны немедленно прорасти или погибнуть. Виды с “непослушными” семенами гораздо более обычны для тропических лесов, чем для умеренной зоны. Международным сообществом банки семян признаны эффективным способом сохранения генетического разнообразия сельскохозяйственных культур. Часто гены, ответственные за устойчивость к определенному заболеванию или вредителю, обнаруживаются только у одного сорта культуры, так называемых местных сортов, растущих лишь в одной маленькой области мира.
8. Категории сохранения видов. Для выделения статуса редких видов для задач сохранения МСОП предложил 10 категорий для использования в задачах сохранения.
1. Вымершие: виды (или другие таксономические единицы, такие как подвиды и разновидности), которые известны как несуществующие.
2. Вымершие в дикой природе: виды существуют только за счет разведения в неволе или в виде адаптированных популяций вне своей первоначальной среды обитания.
3. Находятся в критическом состоянии: виды, имеющие высокий риск вымирания в дикой природе в недалеком будущем.
4. Находятся под угрозой исчезновения: это виды, имеющие высокий риск вымирания в дикой природе в недалеком будущем.
5. Уязвимые: виды, имеющие высокий риск вымирания в дикой природе.
6. Требуют сохранения: видам не грозит вымирание, но это зависит от программы сохранения, без которой существует угроза вымирания вида.
7. Существует близкая угроза исчезновения: категория для видов, близких к категории “уязвимые”, но для которых в настоящее время нет непосредственной угрозы исчезновения.
8. Не нуждаются в охране: видам ничего не угрожает.
9. Данные отсутствуют: имеется неадекватная информация для определения риска вымирания вида.
10. Без оценки: вид не оценивался с точки зрения категории вымирания.
Этим категориям соответствуют законодательные акты, которые оказывают финансовое влияние на владельцев земли, корпорации и правительства. Поэтому для предотвращения споров важно иметь разъяснения по каждой категории. Для уточнения вопроса классификации в 1994 году “МСОП выработал более четкие количественные критерии и инструкции для определения категорий в трехуровневой системе классификации, основанной на вероятности вымирания:
1. К категории “Под большой угрозой” относятся виды, имеющие вероятность 50% и более вымирания в течение 10 лет или три поколения, в зависимости от того, какой срок дольше.
2. К категории “Под угрозой” относятся виды, имеющие 20% вероятность вымирания в течение 20 лет или 5 поколений.
3. К категории “ уязвимые” относятся виды, имеющие риск вымирания 10% и более в течение 100 лет.
Отнесение к определенной категории зависит от информации по одному из параметров: изменение числа представителей вида; величина географической области распространения и численность популяции; каково общее число живущих представителей и число представителей, могущих дать потомство; продолжается ли уменьшение популяции и сокращение среды обитания в соответствии с прогнозом; вероятность вымирания в течение определенного ряда лет или поколений.
Законодательная защита видов. После того как установлено, что конкретные виды нуждаются в защите, можно принимать законы и подписывать договоры для реализации такой защиты. Национальные законы защищают виды внутри стран, международные соглашения регулируют торговлю видами между странами.
9. Сохранение на уровне сообщества. Защита среды обитания, содержащей здоровые неповрежденные биологические сообщества, является наиболее эффективным путем сохранения полного биологического разнообразия. Можно даже считать, что это единственный путь сохранения видов, потому что ресурсы и знания, которыми мы располагаем, достаточны только для того, чтобы спасти в неволе лишь малую часть мировой фауны. Имеются четыре средства сохранения биологических сообществ: это организация заповедных территорий, эффективное управление этими территориями, реализация методов сохранения вне заповедных территорий и восстановление биологических сообществ в разрушенной среде обитания. Биологические сообщества сильно отличаются по степени повреждения человеком. Очень мало нетронутых; их можно найти на дне океана или в отдаленных частях дождливых лесов Амазонки. А сильно нарушенные человеческой деятельностью сообщества мы встречаем в сельскохозяйственных угодьях, в городах и в искусственных прудах. Но и даже в самых отдаленных частях света влияние человеческой деятельности дает о себе знать повышением уровня углекислого газа, химическим загрязнением, сбором ценного натурального сырья, и наоборот, даже в наиболее измененных человеком местностях можно найти остатки неповрежденной флоры и фауны. Среды обитания промежуточной степени нарушенности представляют для биологии сохранения наибольший интерес, поскольку они занимают очень большие площади. Значительное биологическое разнообразие может быть сохранено в тропических лесах, где ведется выборочная вырубка деревьев, в морях и океанах с активным режимом рыбной ловли и на пастбищах с интенсивным выпасом домашнего скота. При организации заповедника важно найти разумный компромисс между требованиями к защите биологического разнообразия и нормального функционирования экосистемы и решением средне- и долговременных задач обеспечения ресурсами местного населения и национального правительства.