Калифорнийские жуки-короеды, лесные пожары и взаимосвязь искусства и науки
Короеды — это очень разнообразное подсемейство долгоносиков, которые проводят большую часть своей жизни на определенных растениях-хозяевах. Местные короеды обычно играют ключевую роль в структуре естественных растительных сообществ и крупномасштабных биомов. В большинстве случаев короеды заражают свои растения-хозяева, чтобы укрыться от хищников, питаться и размножаться. В случае успешного вторжения эти жуки почти всегда убивают свое дерево-хозяин, независимо от попытки вмешательства человека (USDA, 2015).
В периоды сбалансированной популяции деревья, погибшие от жуков-короедов, обеспечивают необходимую среду обитания для множества других организмов; однако по мере того, как изменение климата приводит к потеплению и усилению засухи в некоторых регионах, популяции короедов резко возросли, что привело к крупнейшей из когда-либо зарегистрированных случаев гибели деревьев от заражения насекомыми на нескольких лесистых континентах (Mikkelson et al.
, 2013).
В период с 2010 по 2017 год только в Калифорнии от заражения короедом погибло около 129 миллионов деревьев (Alexander, 2017). Эти мертвые деревья становятся основным топливом для огня; только в 2017 году лесные пожары в Калифорнии сожгли 1,2 миллиона акров земли.
Жуки-короеды имеют цилиндрическую форму с короткими ногами, усиками и толстыми челюстями для пережевывания волокнистого древесного материала. В Калифорнии видными местными видами являются горный сосновый жук, пихтовый жук-гравер, западный сосновый жук, сосновый жук Джеффри и сосновый жук-гравер. Хотя эти жуки действительно являются местными, их деятельность в течение жизненного цикла может привести к высокому уровню гибели деревьев по всему штату (USDA, 2015).
Как только молодой жук-короед находит подходящего нового хозяина, как правило, определенный вид дерева, он находит точку входа и прогрызает себе путь внутрь. Именно в этот момент начинается битва между деревом и жуком. Для борьбы с захватчиками хвойные смолистые деревья производят коктейль химической защиты, называемый смолой.
Смола служит физическим барьером, буквально выталкивая жука из открытой раны. Иногда смола может даже погребать и убивать жуков.
Итак, с учетом этих естественных средств защиты, встроенных в наши деревья, почему жуки-короеды наносят ущерб калифорнийским лесам? Есть загвоздка: жуки-короеды сталкиваются с очень небольшим сопротивлением при нападении на дерево, которое ранее подвергалось стрессу. Стресс дерева может быть вызван строительством, мощением, земляными работами, ветром, молнией и, самое главное, засухой. Изменение климата привело к усилению засух в засушливых районах по всему миру (Raffa, 2015).
В Калифорнии период с 2011 по 2015 год стал самым засушливым с момента начала регистрации в 189 году.5 (Ханак, 2016). В условиях экстремальной засухи хвойные смолистые деревья, испытывающие дефицит воды, часто не производят достаточно смолы, чтобы успешно бороться с нашествием жуков (Roth, 2015). Без критически важной химической защиты, замедляющей их, жуки-короеды могут легко уничтожить огромное количество деревьев, пострадавших от засухи.
Жуки также способны расширять свой ареал до более высоких широт и высот с повышением средних глобальных температур, проникая в леса, в которых не развилась естественная защита (Mikkelson, 2013). Интересно, что в начале 2020 года совместное исследование, проведенное Службой национальных парков и Геологической службой США, показало, что заражение короедом частично стало причиной гибели более двух десятков гигантских деревьев секвойи в национальных парках Секвойя и Кингз-Каньон.
Известно, что эти деревья живут до 3000 лет и обычно умирают, только когда становятся слишком большими, чтобы выдержать собственный вес. Изучение того, почему эти знаковые деревья только сейчас впервые поддаются заражению короедом, продолжается, однако основными подозреваемыми являются стресс от засухи и повышение температуры.
Возможно, для жуков еще не все потеряно. Один новаторский профессор музыки UCSC разработал маловероятное потенциальное решение для борьбы с нашей проблемой жуков-короедов.
Уже более десяти лет профессор Дэвид Данн создает музыку, используя звуки природы, в частности записи жуков-короедов, грызущих деревья в Калифорнии. Теперь у него есть патент на уникальное устройство, которое использует звук (который он называет своими «хаотическими осцилляторами») в качестве целевого звукового оружия, чтобы нарушить питание, общение, размножение и различные другие важные действия жуков-короедов при воспроизведении. в инвестируемое дерево.
Профессор Данн объединил звуки жуков со случайно генерируемыми электронными звуками, которые сбивают жуков с толку и останавливают их основные функции. При достаточно долгой игре жуки становятся бесплодными и даже могут стать каннибалами, в конечном итоге уничтожая всю популяцию, населяющую обработанное дерево. Жуки не могут привыкнуть и приспособиться к звукам, так как хаотические осцилляторы никогда не повторяются, случайно генерируемые звуки не имеют закономерностей. Профессор Данн утверждает:
«Сейчас мы вступили в период общих интересов между искусством и наукой, во многом благодаря общности цифровых инструментов.
В настоящее время художники так же вовлечены в разработку таких инструментов, как и научное сообщество, и часто создают программное обеспечение и инструменты для облегчения своего творческого видения, которое в конечном итоге может иметь еще большую ценность для научных исследований. Я думаю, что это был один из тех случаев, и несколько случайных событий сговорились, чтобы произошло что-то интересное».
Профессор Данн в настоящее время работает со своей исследовательской группой над оцифровкой своей аналоговой схемы и поиском способов эффективного развертывания звукового инструмента в лесах в больших масштабах.
Ссылки:
Александр, Куртис (2017). Калифорния теряет 2 миллиона деревьев в месяц из-за затянувшейся чумы, связанной с засухой . СФ Ворота. Получено с: http://www.sfgate.com/science/article/Drought-related-tree-die-off-continues-to-plague-12422751.php
Ханак, Эллен и др. (2016).
Последняя засуха в Калифорнии. Калифорнийский институт государственной политики. Получено с: http://www.ppic.org/publication/californias-latest-drought/
Mikkelson, Kristin et al. (2013). Влияние заражения короедом на круговорот питательных веществ, качество воды и взаимозависимые гидрологические эффекты. Биогеохимия 115. Doi: 10.1007/s10533-013-9875-8
Raffa, Kenneth et al. (2015). Короеды: биология и экология местных и инвазивных видов. Сан-Диего, Калифорния. Academic Press Рот, Сэмми. (2015).
Умирающие деревья в Калифорнии повышают риск лесных пожаров. США сегодня. Получено с: https://www.usatoday.com/story/news/2015/05/15/california-drought-trees-wildfire-bark-beetles/27400801/
Министерство сельского хозяйства США. (2015). Короеды в хвойных деревьях Калифорнии: восприимчивы ли ваши деревья? (Р5-ПР-003). Издательство правительства США.
Лес Рио-Гранде сталкивается с засухой, жуками, огнем – Pagosa Daily Post News Events & Video for Pagosa Springs Colorado
02 Высокогорный леса – это ложе болезни.
Полосы серых деревьев лысые с одной стороны, с участками красновато-коричневых иголок, переходящих в лохматые ветки. На других видны толстые полоски отслоившейся коры, под которыми видны выбеленные стволы.
Большая часть 1,86 миллиона акров национального леса Рио-Гранде мертва. Почти половину этой площади занимает высокогорный елово-пихтовый лес, который смешивается с пондерозой, пиньоном и можжевельником на более низких высотах и переходит в прерии на дне долины.
«Большая часть елового леса, более крупные деревья, погибли на 95%», — сказал Винсент Дюпон, исполняющий обязанности руководителя программы растительности Лесной службы США. «Остались деревья поменьше, около 5 дюймов в диаметре».
Засуха 2002 года стала массовым катализатором для вредителей, в том числе елового жука, который в Колорадо затронул 1,89миллионов акров по всему штату за два десятилетия. Жуки нацеливаются на более крупные ели Энгельмана, проделывая небольшие отверстия под корой, чтобы отложить яйца.
Они часто двигаются по кругу, это поведение называется опоясыванием. Это создает «кольцо под корой, где дерево срезано — ни питательных веществ, ни воды — и убивает эту часть дерева», — сказал Дюпон.
Без дождя, сказал он, деревья более уязвимы. Они не могут производить смолу, липкий защитный механизм для защиты от личинок жуков.
Еловые жуки — не единственное заражение. Горный сосновый жук уничтожил популяции сосны-скребницы, а также напал на сосны пондерозы.
Исторически сложилось так, что жуки и леса находились в симбиотическом тупике, когда меньшее количество жуков вычищало больные или умирающие деревья. Но после вспышек 2005 года многочисленные популяции жуков убили здоровые, взрослые хвойные деревья. Сочетание сложных засушливых лет, совпадающих с большим количеством жуков, означает миллионы акров мертвого леса.
Дюпон, выросший в Антонито, штат Колорадо, к востоку от национального леса Рио-Гранде, сказал, что первоочередной задачей агентства является удаление мертвых деревьев из кемпингов и других мест, где они представляют угрозу для здоровья человека.
— Эти деревья уже не вернуть, — сказал Дюпон. «Но я пытаюсь очистить и перезапустить лес».
Лесная служба проводит пересадку ели Энгельмана. «Надеюсь, мы дадим ему толчок», — сказал он. «Это никогда не будет выглядеть так, как это было до жука в нашей жизни, но мы пытаемся настроить его на будущее».
С засухой приходит огонь, и долина Сан-Луис не остается невредимой.
С 2000 года лесные пожары сожгли почти 300 квадратных миль долины — площадь размером с Нью-Йорк. Это включало комплекс Вест-Форк, где в 2013 году вспыхнула серия лесных пожаров, которые сожгли 88 000 акров лесов, пораженных жуками.
В июне 2018 года возле форта Гарленд вспыхнул Весенний пожар, охвативший 108 000 акров земли. В результате этого пожара округ Костилья потерял 62 дома, что составляет 6% жилых домов в округе. Эти пожары были вторыми и третьими по величине в истории Колорадо, пока массовые пожары в 2020 году не вытеснили их из списка.
Роберт Андрус, лесной эколог из Университета штата Вашингтон, в течение многих лет изучал отношения лесов с короедом и огнем в Колорадо.
Он сказал, что пожары меняют форму лесов Колорадо, показывая исследования, которые показывают, что саженцы изо всех сил пытаются выжить в шрамах от ожогов, часто из-за более высоких температур. Поваленные деревья означают потерю тени, поэтому обугленные участки поглощают больше солнечного света.
После разрушительных пожаров леса пондерозы и пихты Дугласа превращаются в траву и кустарники после пожаров. Исследование, проведенное в Университете штата Колорадо в 2020 году, показало, что из-за сухости и потепления климата меньше саженцев могут прижиться.
В противоположность этому, леса, обкусанные жуками, несмотря на их высокую смертность, могут восстановиться, но на это может уйти более столетия.
«Обычно мы видели очень много сеянцев и саженцев небольших деревьев, — сказал Андрус, — а также несколько уцелевших многоэтажных деревьев, что позволяет предположить, что эти области скоро вернутся в лес».
Тем не менее, нет никакой уверенности в восстановлении на постоянно раскалённом земном шаре, даже в тех местах, где повреждения не столь значительны.