Фенология

Современное народное хозяйство не может функционировать без постоянного экологического мониторинга и регулярного составления обоснованных экологических прогнозов для нужд рационального природопользования и профилактической медицины. Традиционные методы мониторинга предусматривают измерения многих показателей состояния окружающей среды, использование авиационной, космической и другой сложной техники. Вместе с тем уровень современных научных разработок в области экологии таков, что позволяет получать значимые данные о состоянии окружающей среды относительно несложными и дешевыми методами. Среди них важное место занимают фенологические наблюдения.

Термин “фенология” произошёл от греческих слов “файно” - явление и “логос” - наука. Во-первых, фенология, это совокупность знаний о сезонных явлениях природы, сроках их наступления и причинах, определяющих эти сроки. Во-вторых, фенология - раздел популяционной экологии, рассматривающий сезонные аспекты жизни вида (различают, например, фенологии берёзы, волка, двуточечной божьей коровки т.д.). В третьих, это раздел фенетики, изучающий периодичность появления фенов - т.е. дискретных единиц фенотипа.

Фенология имеет два корня. Первый - это народные приметы и наблюдения, вобравшие в себя многовековый опыт общения с природой. Второй - современная экологическая наука. Фиксация времени наступления тех или иных <событий> в живой и неживой природе позволяет оценивать состояние природной среды и делать научно обоснованные прогнозы. Фенологические наблюдения могут осуществляться людьми, не имеющими специального научного образования, в том числе школьниками. Их можно выполнять, используя возможности детских экологических центров, станций юных натуралистов, охотничьих хозяйств и т.д.

Совокупность данных, имеющихся в распоряжении сотрудников экологических учреждений системы Российской Академии наук, высшего образования и Росгидромета, их профессиональная квалификация, позволяет извлечь максимум информации из совокупности данных фенологических наблюдений с целями:

4. Предсказать основные климатические показатели (температура, осадки) на ближайшие месяцы.

4. Предсказать непериодические явления в природе, такие как наводнения, землетрясения т.д.

4. Составить прогноз в отношении динамики численности популяций диких животных и растений.

4. Оценить уровень антропогенной нагрузки на природные экологические системы.

При этом точность прогнозов и оценок может быть не ниже, чем в случае использования традиционных методов мониторинга.

В условиях современного экономического кризиса и недостатка финансирования регулярные фенологические наблюдения, не требующие больших затрат, могут стать важным подспорьем в экологическом мониторинге.

Понятие хроноизменчивости

Хронобиология, добившись больших успехов в деле изучения организации биологических процессов во времени, сохранила ряд белых пятен. Одно из них - анализ изменчивости временных параметров развития и эволюции систем. Предлагаю называть это явление "хроноизменчивость". Биолого-экологический аспект хроноизменчивости, о котором в дальнейшем будет идти речь - изменчивость длительности протекания биологических процессов. Речь идет о процессах физиологических, онтогенетических и филогенетических. Изменчивости подвержены все временные характеристики организмов. Известно, что физиологические параметры (например, время необходимое для переваривания определенного количества пищи, для формирования яйца и т.д.); онтогенетические (скорость взросления, полового созревания, старения); филогенетические (скорость адаптации популяции к новым пестицидам) проходят в течение определенного времени, но это время подвержено вариации, или изменчивости.

Введение и использование понятия "хроноизменчивость" требует указания подходов к созданию системы классификации форм хроноизменчивости. Всякую биологическую изменчивость, как категорию, принято делить на наследственную и ненаследственную, количественную и качественную. Взяв за основу такую классификационную систему, выделим четыре основные формы хроноизменчивости:

1. Наследственная количественная. Отражает естественные колебания сроков развития в популяции, находящейся в стабильной, благоприятной среде. Подчинена распределению Гаусса и соответствует стандартным показателям изменчивости в стабильной популяции. Коэффициент вариации составляет 10% от количественного показателя в единицах времени срока онтогенетического или физиологического процесса. Пример - распределение группы людей по скорости полового созревания, старения и т.д.

2. Наследственная качественная. Находит выражение в наличии у популяции (и в виде в целом) нескольких морф, качественно различающихся по срокам протекания того или иного биологического процесса. Пример - распределение диких популяций раков на две морфы - быстро растущих и медленно (так называемые "тугорослики") [Федотов,1993].

3. Ненаследственная количественная. Отражает повышение степени хроноизменчивости в неблагоприятных условиях, когда среднее значение в популяции остается неизменным, а показатели вариации: ошибка, среднее квадратичное отклонение, коэффициент вариации - возрастают. Например, в экстремальных условиях - скажем при боевых действиях, сразу выявляется прежде скрытая изменчивость по умению адаптироваться к таким условиям и соответственно появляется исключительное разнообразие по срокам дальнейшей жизни для солдата.

4. Ненаследственная качественная. Отражает появление под действием внешних воздействий в популяции, без ее генетической перестройки, принципиально новых хрономорф. Например, распределение популяции при перенесении ее в новые условия на особей, быстро достигающих половозрелости и медленно.

Большинству природных популяций свойственен стандартный уровень коэффициента вариации по любому признаку, в том числе связанному со сроками протекания процессов в пределах 4 - 7 % [Черепанов,1986]. Такие значение стабильны как для самцов, так и самок, а так же для партеногенетических популяций, состоящих из девственных самок. В неблагоприятных условиях коэффициент вариации может возрасти сначала у самцов, потом у самок в 1.5 - 3 раза [Сапунов, 1984].

Для иллюстрации приводим показатели изменчивости по срокам продолжительности эмбриональных стадий жизненного цикла в норме и в стрессовых условиях у насекомых - таблица. В отношении такого изученного организма, как дрозофила (Drosophila melanogaster) в литературе имеется лишь указания, что эмбриогенез длится 20 часов, без указания на изменчивость этого параметра (Медведев, 1969 и др.). В действительности, как показали наши опыты [Sapunov, Legkov, 1995], Это значение варьирует от 12 до 32 часов, причем в стрессовых условиях коэффициент вариации возрастает. Существенно, что в количественном отношении изменчивости, как по морфологическим, так и хронобиологическим показателям, описывается близкими значениями.

Таблица.

Хроноизменчичвость насекомых (по длительности периода эмбриогенеза)

Nпп	Вид	CV, %	Примечание	Источник
1	плодовая мушка Drosophila melanogaster	12	норма	Sapunov, Legkov, 1995
	"	20	стресс
2	Тля Megoura viciae	8	норма	Legkov e.a.,1998
	"	18	стресс