научная статья по теме ГЕНОУРБАНОЛОГИЯ КАК ОСНОВА УСТОЙЧИВОГО СОХРАНЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ И ЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНОЙ УРБАНИЗАЦИИ Биология

Текст научной статьи на тему «ГЕНОУРБАНОЛОГИЯ КАК ОСНОВА УСТОЙЧИВОГО СОХРАНЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ И ЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНОЙ УРБАНИЗАЦИИ»

УДК 575.17:502.211:911.375.227

ГЕНОУРБАНОЛОГИЯ КАК ОСНОВА УСТОЙЧИВОГО СОХРАНЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ И ЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНОЙ УРБАНИЗАЦИИ

© 2013 г. В. М. Макеева1, М. М. Белоконь2, А. В. Смуров1

Музей землеведения, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва 2Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, Москва E-mail:vmmakeeva@yandex.ru, smr@mes.msu.ru

Дано методологическое, теоретическое и практическое обоснование самостоятельного перспективного научно-практического направления - геноурбанологии (синтез популяционной генетики и системной экологии). Определены три условия, необходимые и достаточные для выделения нового направления в науке. Задача геноурбанологии состоит в познании генетических параметров и закономерностей сохранения устойчивости и восстановления экосистем антропогенных и, особенно, урбанизированных ландшафтов. Предмет - генофонд популяций комплекса видов живых организмов (биоразнообразия) городских и эталонных природных экосистем. Главным методом определения параметров устойчивости генетического фундамента экосистем является сравнительная оценка состояния генофонда городских и эталонных природных популяций по одним и тем же локусам различных полиморфных признаков. Геноурбанология использует комплексный эколого-генетический подход к охране биоразнообразия (методология, концепция, стратегия, технология), апробированный в системе городских ООПТ г. Москвы. Опыт использования подхода свидетельствует об эффективности поддержания и восстановления популяционного генетического разнообразия антропогенно измененных экосистем.

Ключевые слова: геноурбанология, биоразнообразие, популяция, генофонд, экосистема, эколого-генетический подход.

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшей особенностью современной цивилизации признана урбанизация планеты. В условиях глобальной урбанизации одной из наиболее актуальных проблем современности является проблема сохранения биоразнообразия и экосистем антропогенных и, особенно, урбанизированных ландшафтов, которые занимают более 60% территории планеты. Урбанизация, приводя к глобальной трансформации природных ландшафтов, стала одним из самых мощных факторов воздействия на биосферу. Одним из основных воздействий урбанизации на природные сообщества организмов стала фрагментация ландшафта.

Следствием глобальной фрагментации ландшафта является масштабный процесс распадения ареалов видов на отдельные мелкие изоляты (инсуляризация), в которых происходит резкое уменьшение разнообразия генофонда популяций, потеря адаптационного потенциала и их неизбеж-

ное вымирание за счет отрицательных генетических процессов (Wright, 1922; Дубинин, 1931; Макеева, 2003а). Как показали наши исследования, этот интенсивно происходящий на наших глазах процесс быстрого изменения структурно-функционального состояния генофонда необходимо учитывать при организации научной охраны биоразнообразия в урбанизированных ландшафтах (Макеева, 2008, 2010; Макеева и др., 2001а). Поэтому не случайно в начале 21 века возникла необходимость выделения геноурбанологии (Макеева, 2005, 2010; Макеева и др., 2006 б, 2011 а) как самостоятельного научно-практического направления (синтез популяционной генетики и системной экологии), которое является основой для решения проблемы сохранения и устойчивого использования биоразнообразия, обеспечивающего устойчивое функционирование природных и антропогенных экосистем. При этом учитывается, что генетическое разнообразие обеспечива-

ет адаптацию популяций и видов к меняющимся условиям среды (Алтухов, 2003).

Выделение геноурбанологии в самостоятельное направление определено наличием трех взаимосвязанных условий, необходимых и достаточных для этого (Макеева, 2005; Макеева и др., 2011). Конечной целью геноурбанологии является управление качеством генофонда популяций для сохранения устойчивости антропогенных экосистем; предметом - генофонд популяций видов, населяющих экосистемы, а основным методом -сравнительная оценка генофонда популяций эталонных и антропогенных экоситем.

Основы геноурбанологии были заложены в исследованиях (с 1975 года) динамики генофонда популяций модельных видов животных (одного вида наземных моллюсков и двух видов бурых лягушек), обитающих в условиях антропогенной фрагментации ландшафта Москвы и Подмосковья. Результаты исследования показали, что традиционный экологический (территориальный) подход к охране биоразнообразия, связанный с выделением заповедных территорий (парков, заказников и других особо охраняемых природных территорий) в условиях урбанизированного ландшафта недостаточен для обеспечения устойчивого сохранения биоразнообразия, являющегося основой устойчивости антропогенных экосистем.

В соответствии со Всемирной стратегией сохранения биоразнообразия (Конвенция устойчивого развития..., 1993) его охрана осуществляется, главным образом, на особо охраняемых природных территориях (ООПТ), в том числе и на городских, которые стали активно создаваться в последнее десятилетие. В Москве создана сеть городских ООПТ, охватывающая около 16% территории города. Однако проблема устойчивого сохранения биоразнообразия, (и прежде всего видов животных), в рамках традиционного территориального подхода, опирающегося на самовосстановление экосистем (Рейсмерс, Штильмарк, 1978; Дежкин, 2006), в них решена не была. Доля исчезающих видов позвоночных животных, внесенных в Красную книгу г. Москвы составляет: млекопитающих 40%, птиц 50%, рептилий 60%, амфибий 70%. В Европе под угрозой исчезновения находится от 40 до 70% видов животных, обитающих на городских ООПТ (Красная книга г. Москвы, 2001).

Настоятельная практическая потребность в разработке новых эффективных подходов к сохранению биоразнообразия урбанизированных ландшафтов возникла в связи с созданием в начале 21 века городских ООПТ в г. Москве.

Проблема сохранения и восстановления биоразнообразия урбанизированных ландшафтов стала решаться в рамках государственной программы по "Восстановлению биоразнообразия г. Москвы" (2002-2003 гг.). Концепция и стратегия сохранения биоразнообразия, учитывающая состояние его генофонда, являющегося генетическим фундаментом охраняемых экосистем, для урбанизированных территорий до этого времени отсутствовала.

Цель настоящей работы - дать методологическое, теоретическое и практическое обоснование геноурбанологии. Геноурбанология опирается на эколого-генетический подход (методология, концепция, стратегия, технологии) (Макеева, Сму-ров, 2010; Макеева и др., 2011а), разработанный и апробированный авторами в системе городских особо охраняемых природных территорий, учитывающий состояние экосистем на популяцион-но-генетическом уровне их организации. Подход включает эколого-генетическую диагностику состояния генофонда популяций, в которую входит оценка состояния генофонда и прогноз длительности существования популяций с учетом их эффективной численности. Проведение оценки состояния генофонда популяций позволяет оценить степень отклонения генетических параметров популяций антропогенных экосистем от эталонных природных и наметить стратегию их стабилизации и восстановления.

Таким образом, геноурбанология, опираясь на знание состояния количественных параметров генетического фундамента экосистем урбанизированных ландшафтов позволяет восстанавливать его, а также сохранять и длительно использовать биоразнообразие, т.е. позволяет управлять качеством генофонда с учетом численности популяций. В итоге геноурбанология соединяет два уровня исследования живых и биокосных систем - по-пуляционно-генетический и экосистемный.

Основы самостоятельного научно-практического направления - геноурбанологии - заложены серией оригинальных работ по оценке состояния генофонда (Макеева и др., 2005, 2006), прогнозу длительности существования популяций, разработке и апробации эколого-генетического подхода к охране биоразнообразия антропогенных экосистем (Макеева, Смуров, 2010, 2011б) с учетом методологического обоснования направления (Макеева, Смуров, 2011а). Исследования проведены на примере трех видов модельных животных, обитающих в условиях антропогенного ландшафта Москвы и Подмосковья.

Подробно результаты исследования приведены в опубликованных работах (Макеева, 2003 а, 2005, 2008, 2010; Макеева и др., 2005, 2006б, 2011а). Ниже представлены лишь основные методики и итоговые обобщающие данные результатов проведенных исследований.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В качестве основного модельного объекта для изучения динамики генофонда популяций использовалась кустарниковая улитка Bradybaena fruticum (Müll.), Mollusca, Gastropoda (с 1975 г.). С 2003 г. для целей мониторинга были использованы также два вида бурых лягушек - остромордая Rana arvalis Nills. и травяная Rana temporaria L.

Материал. Созданная впервые в России и в мире система городского эколого-генетического мониторинга популяций модельных видов животных состоит из 36 популяций, из них 21 популяция из ООПТ города Москвы. Всего обследовано

20 популяций кустарниковых улиток, из которых 12 обитают на ООПТ г. Москвы, и 16 популяций бурых лягушек, из них 9 городских популяций. Остальные популяции животных были собраны в 5 пунктах Северо-Западного Подмосковья, Новгородской и Калужской областях. Всего исследовано более 30000 раковин моллюсков и более 9000 методом электрофореза (1975-2005 гг.), из них около 3000 улиток - по 13 полиморфным изоферментным локусам (2002-2003 гг.). Исследовано 554 лягушки по 7 полиморфным локусам,

21 аллелю. Подробные данные о пунктах сбора популяций даны в предыдущих публикациях (Макеева, 2005; Макеева и др., 2006 б, 2011а).

Методика сбора материала и учета численности улиток. Сбор материала для анализа структуры популяций проводился методом выборок по годам и сезонам. В каждой точке собирали моллюсков всех фенотипов и всех возрастов, что исключает выборку одних фенотипов в ущерб другим.

Одновременно со сбором проводился учет численности моллюсков на площадках площадью 1 кв. метр. Средняя численность моллюсков на участках определялась как средняя арифметическая не менее трех учетов. На каждой площадке учитывали всех моллюсков на стебля

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком